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網(wǎng)紅柚子的照片,光子本人照片( 四 )

云知道光子


不過 ， 無論是折射式望遠(yuǎn)鏡 ， 還是反射式望遠(yuǎn)鏡 ， 都存在一個(gè)問題：它的觀察通過肉眼和可見光進(jìn)行 ， 可見光的波長(zhǎng)短 ， 容易被大氣散射 ， 到達(dá)地面上的光微弱而不穩(wěn)定 。如何解決這個(gè)問題呢？人們有兩種方法：第一 ， 既然大氣散射造成了這個(gè)問題 ， 那么就到大氣外面裝一個(gè)望遠(yuǎn)鏡好了 。于是哈勃望遠(yuǎn)鏡問世了 。人們躲開了大氣的散射 ， 看到了許多從未見到的景象 。
第二 ， 既然可見光會(huì)被大氣散射 ， 我們還可以使用波長(zhǎng)較長(zhǎng)的紅外線或微波進(jìn)行觀測(cè) ， 它們更容易穿透大氣層 。于是 ， 人們就發(fā)明了射電望遠(yuǎn)鏡 ， 它的基本原理與牛頓的反射式望遠(yuǎn)鏡類似 ， 只不過使用的電磁波是紅外或微波 。宇宙中許多物質(zhì)發(fā)光并不是可見光 ， 只有通過射電望遠(yuǎn)鏡才能觀察到它們 。甚長(zhǎng)基線干涉技術(shù)VLBI無論是眼睛、光學(xué)望遠(yuǎn)鏡還是射電望遠(yuǎn)鏡 ， 都要滿足瑞利判據(jù) 。
而且 ， 根據(jù)瑞利判據(jù) ， 最小分辨角θ=1.22λ/D ， 射電望遠(yuǎn)鏡使用的電磁波波長(zhǎng)λ比可見光更大 ， 此時(shí)必須增大它的口徑D ， 才能分辨出很小的角度 。所以世界各國(guó)都在爭(zhēng)向建設(shè)大口徑的射電望遠(yuǎn)鏡 。例如中國(guó)貴州建設(shè)的500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡（FAST） ， 工作波長(zhǎng)在0.1m左右 ， 口徑達(dá)到了500米 。這么大面積的射電望遠(yuǎn)鏡可以匯聚宇宙中微弱的電磁波 ， 同時(shí)也可以分辨更小的角度 。
如果用FAST觀察黑洞 ， 能不能做到呢？比如 ， 我們這次拍照片的黑洞是室女座的M87中心黑洞 ， 它的直徑大約1000億公里 ， 距離我們5500萬光年 。經(jīng)過計(jì)算我們可以得出肉眼觀察時(shí)黑洞張角顯然 ， 這么小的角度用肉眼是肯定分辨不開了 。觀察黑洞的射電望遠(yuǎn)鏡工作波長(zhǎng)大約λ=1.3mm ， 我們將角度和波長(zhǎng)代入瑞利判據(jù) ， 可以得到望遠(yuǎn)鏡口徑的最小值：也就是說 ， 這個(gè)望遠(yuǎn)鏡的口徑至少要8000公里！地球的半徑只有6400公里 ， 怎么去建設(shè)這么大的望遠(yuǎn)鏡呢？科學(xué)家總有辦法 。
既然一個(gè)望遠(yuǎn)鏡達(dá)不到這么大口徑 ， 我們可不可以使用多個(gè)望遠(yuǎn)鏡達(dá)到這個(gè)目的呢？比如 ， 一個(gè)望遠(yuǎn)鏡口徑不夠 ， 我們可以用兩個(gè)相距一定距離的射電望遠(yuǎn)鏡組成網(wǎng)絡(luò) ， 它就相當(dāng)于一個(gè)“鏤空”的反射式望遠(yuǎn)鏡 。這樣二者之間的距離就相當(dāng)于“鏤空”望遠(yuǎn)鏡的口徑了 。按照這個(gè)思路 ， 人們組織世界各地的射電望遠(yuǎn)鏡組成了“甚長(zhǎng)基線干涉望遠(yuǎn)鏡網(wǎng)絡(luò)”VLBI ， 把地球變成了一個(gè)巨大的反射式望遠(yuǎn)鏡 。
不僅如此 ， 科學(xué)家們還設(shè)想：如果伴隨著地球圍繞太陽的公轉(zhuǎn) ， 這個(gè)VLBI的虛擬望遠(yuǎn)鏡口徑甚至可以達(dá)到地球的公轉(zhuǎn)軌道那么大 ， 我們終于能夠看到更加遙遠(yuǎn)的宇宙了 。第一張黑洞照片1915年 ， 愛因斯坦提出了廣義相對(duì)論 ， 用以解釋宇宙 。很快 ， 科學(xué)家史瓦西就根據(jù)愛因斯坦的相對(duì)論計(jì)算出了一個(gè)特殊的解 ， 這就是假如天體的質(zhì)量足夠大 ， 就連光都無法逃脫 ， 就會(huì)形成黑洞 。
愛因斯坦的結(jié)論到底對(duì)不對(duì)呢？一百年來 ， 人們驗(yàn)證了愛因斯坦的質(zhì)能方程、狹義相對(duì)論和弱引力場(chǎng)中的廣義相對(duì)論 ， 發(fā)現(xiàn)愛因斯坦總是對(duì)的 ?？墒窃诤诙催@種強(qiáng)引力場(chǎng)中 ， 廣義相對(duì)論正確不正確 ， 還沒有證實(shí) 。人們迫切需要一張黑洞的照片 ， 去進(jìn)一步證實(shí)愛因斯坦的結(jié)論 。在這樣的背景下 ， 2012年 ， 天文學(xué)家們?cè)诿绹?guó)亞利桑那州開會(huì) ， 決定組織一批世界不同地區(qū)的射電望遠(yuǎn)鏡 ， 使用VLBI技術(shù)對(duì)銀河系中心黑洞和室女座M87中心黑洞進(jìn)行觀測(cè) ， 這里面甚至包含了南極洲的望遠(yuǎn)鏡 。

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