凱蒂·伯曼,怎樣拍攝一張黑洞的圖片

在電影《星際穿越》中,我們得以近距離觀察一個超級黑洞。在明亮氣體構成的背景下,黑洞的巨大引力將光線彎曲成環形。但是,(電影中的)這一幕並不是一張真正的照片,而是電腦合成的效果——它只是一個對於黑洞可能樣子的藝術表現。

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一百多年前,阿爾伯特·愛因斯坦第一次發表了廣義相對論學說。在之後的數年裡,科學家們又對此提供了許多佐證。但相對論中所預測的一點,黑洞,卻始終無法被直接觀察到。儘管我們大致知道一個黑洞看起來應該是什麼樣,卻從未真正拍攝過它。

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如果你遠離城市的燈光,你可能有幸看到銀河系那令人震撼的美景。而如果你可以穿過百萬星辰,將鏡頭放大到2.6萬光年以外的銀河系中心,我們就能抵達銀河系中央的一群恆星。這些恆星似乎是在圍繞一個隱形的物體旋轉。

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通過觀測這些星星的移動路徑,天文學家們得出結論,體積足夠小,而質量又大到能導致恆星們如此運動的唯一物體就是超級黑洞——它的密度極大,高到它能吸進周圍所有東西,甚至光。

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那麼,如果我們繼續放大下去,會發生什麼?是不是就可能看見一些,理論上不可能看到的東西呢?事實上,如果我們以無線電波長放大,我們會看到一圈光線,是由圍繞著黑洞的等離子體引力透鏡產生的。換句話說,這個黑洞,在背後明亮物質的襯托下,留下一個圓形的暗影。而它周圍那明亮的光環指示了黑洞邊境的位置。在這裡,引力作用變得無比巨大,大到就連光線都無法逃離。

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不過,這個黑洞離我們太過遙遠,從地球上看,它非常,非常小——大概就和月球上的一個橘子一樣大。這導致給它拍照變得無比艱難。為什麼呢?一切都源於一個簡單的等式。由於衍射現象,我們所能看到的最小物體是有限制的。這個等式指出,當想要看到的東西越來越小時,望遠鏡需要變得更大。

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所以,我們需要多大的望遠鏡才能看到那個黑洞呢?事實上,通過計算,我們可以輕易得出所需的望遠鏡的大小,就和整個地球一樣大。

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而如果我們能夠建造出這個地球大小的望遠鏡,就能夠分辨出那指示著視界線的獨特的光環。儘管在這張照片上,我們無法看到電腦合成圖上的那些細節,它仍可以讓我們對於黑洞周圍的環境有個大致的了解。儘管剛開始它看起來可能和一個黑洞一樣神秘。

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