刷屏后,你知道“黑洞”是用什么装置拍到的吗?

来源: 百科知识

发布日期: 2019-04-11

2019年4月10日,科学家们通过全球30多个研究所的8个射电望远镜阵列组成的虚拟望远镜网络,成功拍摄到了黑洞的第一张照片,揭开了黑洞的神秘面纱。这一由8个射电望远镜阵列组成的虚拟望远镜网络被称为“事件视界望远镜”(EHT),中国科学家在此项目中做出了重要贡献。

2019年4月10日第一张黑洞照片刷屏,人类迎来了历史性的一刻,黑洞预言流传百年,而今我们成了第一批看见黑洞的人类。大量天文观测数据已证实,在浩瀚的宇宙当中,有无数的黑洞神秘地藏身于各星系中。但人类却从未直接“看”到过黑洞,并不知道它的真实模样。为了能一睹黑洞真容,2017年4月5日到14日之间,来自全球30多个研究所的科学家们启动了一项雄心勃勃的庞大观测计划。

他们将分布于全球不同地区的8个射电望远镜阵列组成一个虚拟望远镜网络,希望利用其捕获黑洞影像。最终,科学家们成功拍摄到了黑洞的第一幅“照片”。传说中的黑洞终于揭开了神秘面纱。这个由8个射电望远镜阵列组成的虚拟望远镜网络,也被称为“事件视界望远镜”(EHT),只有如此大规模的望远镜才有能力“照亮”黑洞,“看清”黑洞的边界。(“事件视界”指黑洞最外层的边界)下面让我们一睹EHT项目中的8个望远镜阵列吧。

ALMA(智利)阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波天线阵(ALMA)位于智利北部查南托高原的阿塔卡马沙漠。这个人类有史以来最大的地面天文学观测装置由66个重约120吨、直径7米~12米不等的高精度抛物面天线组成,各个天线的观测结果通过超级计算机处理形成相当于一架直径16千米的射电望远镜的观测结果。

ALMA于2013年正式投入使用,其“视力”是哈勃望远镜的10倍,能为研究宇宙中分子气体、宇宙大爆炸辐射以及星际尘埃提供更精确的数据。APEX(智利)阿塔卡马探路者实验望远镜(APEX)同样位于查南托高原上,这是一座12米口径的亚毫米波射电望远镜,是ALMA的原型天线。波长为10~1毫米的电磁波称为毫米波,波长为1~0.1毫米的电磁波称为亚毫米波。

它们位于无线电波谱中的微波与光谱中的远红外波相交叠的波长范围,因而兼有两种波谱的特点,分辨率高,抗干扰性好。IRAM 30-meter(西班牙)30米毫米波望远镜位于西班牙南部内华达山脉第二高峰、海拔3300多米的贝莱塔峰附近,由毫米波段射电天文学研究所(IRAM)运营。作为单体毫米波望远镜,其30米的直径仅次于墨西哥50米的大型毫米波望远镜(LMT)。

JCMT(美国)JCMT全称是詹姆斯·克拉克·麦克斯韦望远镜,坐落在美国夏威夷州海拔4000多米的莫纳基亚山顶,是工作在亚毫米波段的最先进的望远镜之一,目前由东亚天文台运行与管理。该望远镜的命名是纪念英国著名物理学家麦克斯韦,他最大的功绩是在电磁学领域,实现了自牛顿之后物理学的第二次统一。LMT(墨西哥)大型毫米波望远镜(LMT)坐落在墨西哥普埃布拉省的一座休眠火山的山顶上,由美、墨合作建立。

其物理型号、毫米波长的优化设计结合高纬度位置,使其具备了非常独特的效果,2011年投入使用后已成为天文学家观测恒星、星系和行星形成的利器。作为世界上最大的单盘可操纵毫米波望远镜——直径约50米,它还将与世界上最灵敏的毫米波极化相机“联手”,展开有史以来最深远、最大规模的宇宙观测。SMA(美国)海拔4206米的夏威夷莫纳基亚山,孤立地矗立在太平洋中,成为世界最佳的天文观测场所之一。

顶峰区域遍布着十几座分属各国研究机构的天文台,除了前面提到的JCMT,亚毫米波射电望远镜阵列(SMA)也坐落于此。SMT(美国)亚毫米波望远镜(SMT)位于美国亚利桑那州的格雷厄姆山上。早在几年前,SMT就与APEX、SMA组成观测网首次对遥远星系中央的类星体进行观测,捕捉到其核心图像。4月10日公布的首张黑洞照片拍摄于室女座星系M87的中心,距离地球75500万光年,质量是太阳的65亿倍。

黑洞质量超大,离地球距离合适,所以成为了科学家们首选的目标之一。SPT(南极)南极因其特有的干燥而清澈的大气环境,也成为天文观测的极佳之地。南极点望远镜(SPT)就建在距位于南极点的阿蒙森-斯科特考察站数百米的冰面上。它是一台口径10米的亚毫米波射电望远镜,于2007年开始工作,目的是观测距宇宙大爆炸约40万年后的残余辐射,即“宇宙微波背景辐射”,以解开在恒星形成前星系团的形成过程之谜。

很多人关心,在为黑洞拍照的过程中,是否有中国科学家的身影。在这里,可以非常自豪地告诉大家,中国没有缺席。中国科学家长期关注高分辨率黑洞观测和黑洞物理的理论与数值模拟研究,在EHT国际合作形成之前,就已开展了多方面具有国际显示度的相关工作。

在此次EHT合作中,我国科学家在早期EHT国际合作的推动、EHT望远镜观测时间的申请、夏威夷JCMT望远镜的观测、后期的数据处理和结果理论分析等方面做出了中国贡献。为发现黑洞的科学家点赞!

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