看不见的照片

大可

黑洞，多次挑起人们的关注。

2019年4月10日，人类获得首张黑洞照片的新闻，吸引了全世界的目光。

预言

一百多年前爱因斯坦提出了广义相对论，广义相对论推导出宇宙中存在着一种引力极强的天体。不久，另一位科学家史瓦西根据这个理论，经过缜密计算，预言有这样的天体：它有强大的引力，无论什么物质，包括光都无法逃离，所以从外面来看，就是一个绝对黑暗的天体。后来一位名叫惠勒的物理学家把这个天体叫作黑洞，大家觉得挺形象，于是这个还没法证实的天体，有了名字。

黑洞的边界，被叫作“事件视界”，物体能通过事件视界落入黑洞，但无法通过事件视界逃离黑洞。

半个多世纪后，著名科学家霍金提出了“黑洞蒸发理论”，意思是黑洞不是完全黑的，也不单纯是个吸入洞，它可以吸进物质，也会向外发射物质。

对这个看不见的预言，人们越发半信半疑，管它黑不黑、吸还是射，总得眼见为实吧。

黑洞黑暗，没法直接看到，人们就借别的方式来确认。

科学家很明确，将要捕捉的不是黑洞本身，而是黑洞事件视界边缘的“看得见的物体”，它们在黑洞周围形成了一圈光环，根据光环的轮廓来显示黑洞的轮廓。

捕捉

通过近百年的努力，人们终于能看到“真身”，哪怕是用其他物体“衬托”方式看到的，这至少说明，真有黑洞。

在崇敬科学家之余，觉得相对论、蒸发论、事件视界......深不可测的普通人，很自然地把关心的目标转移到了自己能懂的事情上：这张旷世照片，是用了什么照相器材？是哪位摄影师的杰作？

虽然答案也有点儿深奥，但毕竟知道了“照相器材”其实是“事件视界望远镜”。

地球属于太阳系，太阳系属于银河系，而要“拍摄”的黑洞属于银河系之外的M87星系，距离我们5500万光年。实在太遥远，从地球上看过去，太小了。

我们眼睛能看到的星星，比如金星、木星都是一“颗”一“颗”的，实际上木星的体积是地球的1316倍;金星则比地球略微小一点儿，想想地球有多大，就知道那家伙也是个巨无霸。

而那么远、那么小的黑洞，不要说眼睛，一般的望远镜也看不到，需要一个很大的望远镜。要多大？像地球那样大！这可不好办，即便能造，也没地方放啊。人们想出了法子：由分布在全球不同地区的多个射电望远镜，组成一个虚拟大望远镜。一位身在德国波恩的科学家风趣地评价这个技术：如果用这个大望远镜，人在波恩能看清美国纽约街头报纸上的字，前提是，地球必须是平的。

“摄影师”是来自全球30多个研究所的200多名科研人员，他们用这些射电望远镜联合接收与黑洞相关的电磁波信号。

原来，射电望远镜并不能直接“拍摄”黑洞，它们的方法是收集海量的电磁波数据，用数据来描绘黑洞的长相。

经过近两年对数据的处理、分析，才获得第一张黑洞照片。

照片上色彩鲜明，但原有的数据并不存在颜色的不同。

虽然“看得见的物体”发射的电磁波有可见光、不可见光，但这个大望远镜接收的电磁波属于不可见光，原来，它本是一张“看不见的照片”啊。科学家们只能感应到信号的强弱，为了让大家一起分享发现的快乐，才用颜色做了处理效果。

那火红的亮色部分就是“看得见的物体”，被称为“吸积盘”。

有人形容黑洞，强大的引力使它像一头张开大口的饿兽。其实，黑洞很绅士，并不是急吼吼地“吞噬”物质，它“吃”起来慢条斯理，吸积盘就是例证。

吸积盘是一些围绕黑洞旋转的物质。比如，如果有一颗恒星靠近了黑洞，并不会“欻（chu`）”的一下被吸入黑洞。

就像地球上有潮涨潮落，主要是受到月球的引力一样。同一时刻，地球各部位有的面向月球，有的背向月球，有的侧向月球，受到的引力不同，所以有的是涨潮，有的是退潮。

同样，黑洞对恒星不同部位的引力作用相差很大，这个引力的差别，会把恒星撕成碎片。这些碎片就环绕黑洞旋转，形成一个吸积盘。

因为黑洞的引力，这些物质旋转着靠近黑洞，在旋转中因为互相摩擦，温度上升，会发出大量的电磁波，所以吸积盘能被射电望远镜“拍摄”到。

随着旋转，一些物质会逐渐接近黑洞的事件视界，最终落入黑洞。照片阴影部分还不是黑洞的“真身”，它在阴影部分的中心。因为射电望远镜只能捕捉到超过黑洞直径三倍以外地方的物质。

这个黑洞的质量是太阳的60多亿倍，太阳质量是地球的33万倍。

什么叫质量？告诉你它的计算单位就知道了——千克。

出身

“摄影师”中有我国的科学家。“照相器材”呢？基本没有，只是上海和新疆的射电望远镜参与了协同观测。

过了7个月，黑洞新闻又来了，而且爆炸性不亚于那张照片：郭守敬望远镜发现迄今最大恒星级黑洞。

郭守敬？名字“很中国”啊。对，是中国的望远镜、中国的科学家发现了这个黑洞。

这颗恒星叫LB-1，质量是太阳的70倍。

咦？M87黑洞的质量是太阳的60多亿倍，这个70倍的怎可自称“最大”？

哦，因为“出身”不同，它们俩属于两个“派系”，在各自“山头”论资排辈，称王称霸。

M87属于超大质量黑洞，这样的黑洞，质量是太阳的100万～100亿倍之间。科学家认为，在银河系等所有星系的中心，都会有一个或几个超大质量黑洞。M87黑洞就在M87星系的中心。这样的黑洞来历成谜，有一种研究认为，在宇宙大爆炸之初，也就是宇宙诞生之际，就开始形成超大质量黑洞。

恒星级黑洞的出身很明确，就像它的名字，是大质量恒星死亡后的“遗骸”。

对，恒星会死亡。

太阳也是恒星。太阳发光发热，为地球源源不断输送能量，太阳能量来源于太阳内部的核聚变反应。核聚变需要燃料，主要是氢，还有氦等。其他恒星也是时时刻刻进行着核聚变，挥霍着燃料。燃料挥霍完，恒星就死亡了。

这么说来，太阳以后也会变成黑洞？

哪里，死亡后的“变身”也是有级别的。太阳算恒星中质量小的，它将成为白色、体积比较矮小的白矮星。比它大的将成为中子星。成为中子星之前，那颗恒星会发生大爆炸，极其明亮，很久才会消失，这便是超新星，爆炸剩下的就是主要由中子组成的中子星。

原子已经够小了，可中子比它还要小，是组成原子的物质之一。

大质量的恒星才能成为恒星级黑洞。

刚刚提到了超新星，那么有没有新星？有，白矮星从别的星中“偷来”燃料再次核聚变，就是新星。

郭守敬望远镜从功能来说，叫“大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜”，英文缩写为LAMOST，这次的发现被命名为LB-1，就是为了纪念郭守敬望远镜的贡献。

以前寻找恒星级黑洞，主要靠捕捉吸积盘发出的X射线。郭守敬望远镜发现的这个黑洞，X射线辐射非常微弱，所以用的是另一種方法：观测有可能是围绕黑洞转的恒星的光谱变化，来发现黑洞的蛛丝马迹。

各种可见光、不可见光都有不同的波长和频率。光谱观测能将各种频率的光分开。分析光谱，可以获取宇宙天体中的化学成分、温度、气体运动等信息。

这样找寻黑洞，需要获取大量恒星的光谱，对一次观测只能获取数条光谱的望远镜来说前景渺茫。而郭守敬望远镜拥有4000根光纤，理论上每次都能获得4000条光谱，被称为“光谱之王”。

为纪念我国古代伟大的天文学家，在月球上有他们名字命名的地貌，太空中有他们名字命名的小行星。

他们是古代天文学家的代表：石申、张衡、祖冲之、郭守敬、沈括、万户（陶成道）。答案可以多选：

1.名字用于月球的是___________

2.用于小行星的是___________

答案：

1.石申、张衡、祖冲之、郭守敬、万户

2.张衡、祖冲之、郭守敬、沈括