黑洞照片將在全球六地同步發佈,來看上海名列其中的原因
2019年04月10日16:51

原標題:黑洞照片將在全球六地同步發佈,來看上海名列其中的原因

黑洞今晚就要亮相了。

北京時間4月10日晚9點,全球六地(比利時布魯塞爾、智利聖地亞哥、中國上海和台北、日本東京和美國華盛頓)將通過協調召開全球新聞發佈會,事件視界望遠鏡(EHT)將宣佈一項與超大質量黑洞照片有關的重大成果,人類首張黑洞照片即將在全球六地同步發佈。

給黑洞拍照的“神器”是什麼樣的存在?

事實上,這是一個虛擬的望遠鏡網絡。據媒體報導,全球一共60多個研究機構參與了研究,其中包括中國科學院下屬的上海天文台、雲南天文台等機構,以及華中科技大學、南京大學、中山大學、北京大學、中國科學院大學、台灣大學等高校。這也是中國上海和台北兩地聯合舉辦新聞發佈會的原因。

當物質落向吸積盤中的黑洞時,它釋放能量並加熱,導致盤的內部區域變得越來越熱和明亮。圖片來源:NASA/Goddard Space Flight Center

驚人的解像度

簡單來說,解像度越好,拍照越清楚。

澎湃新聞記者從“事件視界望遠鏡” (Event Horizon Telescope, EHT)項目官網獲悉,該項目希望能夠辨析兩個星系中心黑洞的“事件視界”:一個位於銀河系的中心,另一個位於附近星系M87的中心。

位於銀河系中心的是巨大黑洞人馬座A*,黑洞大小約是太陽的30倍,但它距離地球非常遠,在月球上看起來和橙子差不多大小。看到人馬座A*所需的解像度是哈勃空間望遠鏡的2000倍。

EHT項目負責人謝潑德·多爾曼(Sheperd Doeleman)此前接受媒體採訪時這樣形容其觀測難度:相當於在紐約也能夠清楚細數遠在洛杉磯的一個高爾夫球上的凹洞。

位於星系M87中心的是超大質量黑洞。這個黑洞的質量大約是人馬座A*的1500倍,距離是人馬座A*的2000倍。因此,它的事件視界的大小並不像人馬座A*那麼大。

EHT 需要足夠強大的解像度,也稱為角解像度,以匹配這些黑洞的小角度大小。改進角解像度是天文學家希望建造越來越大的望遠鏡的兩個原因之一(另一個原因是提高了靈敏度)。

作為比較,人眼在可見光下的解像度約為60角秒,直徑2.4米的哈勃望遠鏡的解像度約為0.05角秒,但這樣的角解像度遠遠不足以實現事件視界望遠鏡的目標。

根據EHT介紹,角解像度是望遠鏡能有差別地區分開兩相鄰物體最小間距的能力。在天文學中,解像度的數學公式是R (解像度) ~ λ/D, 其中λ是望遠鏡的波長,D是望遠鏡的大小。D越大,R越小,角度解像度就越好。

D意味著EHT陣列中任意兩個望遠鏡之間最長的距離。這就是為什麼EHT望遠鏡會分佈在北美洲、夏威夷、歐洲、南美洲和南極洲的原因。

根據EHT介紹,這些望遠鏡一同協調能實現前所未有的角解像度,這樣的角解像度甚至能夠在地球上閱讀月球上的報紙。如果沒有EHT驚人的分辨能力,黑洞看起來就像一個點源,就像大多數恒星出現在肉眼中一樣。

兩個甚長基線干涉測量陣列連接全球各地的望遠鏡。EHT的角度解像度大約為35微角秒,相當於站在紐約,能看到洛杉磯的一個2毛5分硬幣上的日期。圖片來源:ESO/O. Furtak

如何選定觀測時間?

硬件有了,在什麼時候觀測才能看得更清楚呢?

觀測時機的關鍵在於可見度。EHT官網介紹,觀測時機需要考量不同觀測點的天氣、觀測可變性。由於不同地點的望遠鏡觀測點分佈在沙漠、熱帶地區、山區和冰原,所以EHT需要根據監控和分析一年內的氣候變化,由此得出最佳可見度。

氣候之外,大氣不透明度和透射率也直接決定了觀測的效果。EHT透露,他們通過測量大氣透視性來得出所有站點之間的相關性,並因此判斷望遠鏡聚光的最有效觀測時機。

關於大氣不透明度和透射率,EHT解釋,在大氣不透明度較高的情況下,空氣中的分子會衍射(改變光子的方向)光,因此原始的信號會有所衰退。因此,EHT官方會持續監控天氣模式的變化,以最大限度地減少信號衰減並觀察最完整的波型。

此外,對於提高望遠鏡的精度,EHT透露,增加更多的望遠鏡點位可以幫助提升圖片的質量。從2018年起,又有格陵蘭島望遠鏡、位於法國的IRAM NOEMA天文台和位於美國的基特峰國立天文台加入後續的研究和校準工作。

而根據媒體報導,全球一共60多個研究機構參與了研究,其中包括中國科學院下屬的上海天文台、雲南天文台等機構,以及華中科技大學、南京大學、中山大學、北京大學、中國科學院大學、台灣大學等高校。這也是中國上海和台北兩地聯合舉辦新聞發佈會的原因。

之所以選擇在中國上海發佈來自事件視界望遠鏡的一項重大成果,上海交通大學物理與天文學院特別研究員祖穎認為,正是對中國現代天文學飛速發展的一個肯定,如上海天文台的射電望遠鏡參加了EHT前期的一些調試工作,有部分科學家參與了EHT的研究。另外,也代表了國際科學界對中國科技實力的重視,伴隨著我們國家大型科學裝置的設計和建造水平的提高,如貴州的全世界最大的單口徑500米射電望遠鏡FAST的成功運行,相信在未來的科學發展高光時刻有更多中國科學家的身影。

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