摘自《天文愛好者雜志》
2024-04-12
天文史上的4月
5年前 2019年4月10日耗帕，事件視界望遠鏡（EHT）合作組織在全球六地（布魯塞爾、圣地亞哥袱贮、上海仿便、臺北、東京和華盛頓）以英語攒巍、西班牙語嗽仪、漢語和日語四種語言，通過協(xié)調(diào)召開全球新聞發(fā)布會柒莉，發(fā)布了人類歷史上第一張黑洞照片闻坚。
對黑洞的研究有著悠久的歷史窿凤。早在1783年，英國天文學(xué)家米歇爾（John Michell）就曾在有關(guān)雙星系統(tǒng)的討論中跨蟹，提到是否有可能存在密度遠大于太陽的一種天體雳殊，它本身不發(fā)光，或者發(fā)出的光根本無法到達我們這里喷市。稍晚一些的時候相种，法國數(shù)學(xué)家拉普拉斯從數(shù)學(xué)上進行了推論，并暗示可能有“暗星”這種天體的存在。不過在當(dāng)時寝并，人們對光的認(rèn)識尚且處于爭論之中箫措，“粒子論”還占據(jù)著主流，所以從現(xiàn)在的視角看來衬潦，當(dāng)時的那些發(fā)現(xiàn)和進展斤蔓，也許尚未處于合適的軌道之中。
1905年是著名的“奇跡之年”镀岛，愛因斯坦構(gòu)建出了相對論大廈弦牡，在提出狹義相對論之后，經(jīng)過不斷完善漂羊，他在1915年正式提出了廣義相對論驾锰。愛因斯坦引力場方程的描述，對更多人來說是難以理解的走越；不過后來的物理學(xué)家惠勒（John Wheeler）對其有著更簡潔的概括：“時空告訴物質(zhì)如何運動椭豫，物質(zhì)告訴時空怎樣彎曲”；這讓場方程看起來似乎是個無解的循環(huán)旨指。不過似乎連愛因斯坦本人赏酥，當(dāng)時也沒有意識到，這已經(jīng)為黑洞奠定了理論框架谆构。一個月以后裸扶，在仍處于一戰(zhàn)陰云籠罩下的歐洲戰(zhàn)場，天文學(xué)家史瓦西（Karl Schwarzschild）首次給出了愛因斯坦場方程的一個解搬素，并完整地描述了大質(zhì)量天體周圍的時空是如何扭曲的呵晨。他指出，對于非常致密的天體蔗蹋，光要逃離它的引力場會非常困難何荚；當(dāng)接近它時，時間也會減慢直至完全停止猪杭。
對黑洞特性的理解并不容易餐塘。畢竟我們距離黑洞太遠，這些現(xiàn)象又過于特殊皂吮，我們很難直接想象這樣的場景戒傻。考慮到這些特點蜂筹，在早期需纳，研究這些奇特天體的天文學(xué)家們甚至稱之為“冰凍恒星”。不過艺挪，在史瓦西推導(dǎo)出黑洞這種極端天體之后不翩，在20世紀(jì)的上半葉，大多數(shù)科學(xué)家們都認(rèn)為，黑洞在現(xiàn)實宇宙中是絕對不可能存在的口蝠，這只是理論中的一個特殊情況罷了器钟。更麻煩的事情在于，按照理論推導(dǎo)妙蔗，連光都無法從黑洞中逃脫傲霸，那么確認(rèn)黑洞的存在就變得極為困難。
卡爾·史瓦西（Karl Schwarzschild眉反，1873-1916）昙啄，他首次得到了場方程的一個精確解，所對應(yīng)的天體即為黑洞寸五。
圖源：AIP Emilio Segrè Visual Archives
幸運的是梳凛，X射線天文學(xué)的興起，讓黑洞的探尋找到了突破點梳杏。在1964年的一次觀測中伶跷，探空火箭搭載的X射線探測器，接收到了來自天鵝座的強烈輻射秘狞，后者被稱為天鵝座X-1，然而與之相對應(yīng)的蹈集，天文學(xué)家們并沒有找到其他波段的光學(xué)或者射電源與之重合烁试，這使得天鵝座X-1的物理身份成了謎團。后來拢肆，它的伴星被發(fā)現(xiàn)减响，伴星是一顆藍超巨星；天文學(xué)家們確認(rèn)了這個雙星系統(tǒng)郭怪。通過對這個相互繞轉(zhuǎn)系統(tǒng)的計算支示，科學(xué)家們確認(rèn)，這是人類發(fā)現(xiàn)的第一個黑洞候選天體鄙才；它距離我們大約有7200光年颂鸿，質(zhì)量大約是21個太陽質(zhì)量。對它的研究一直在持續(xù)攒庵，直到2021年嘴纺，科學(xué)家們才最終確認(rèn)這應(yīng)該是一個恒星級黑洞。
1967年浓冒，惠勒首次用了“黑洞”一詞栽渴，來表述這種相當(dāng)極端的天體。有關(guān)黑洞的性質(zhì)仍然存在不同的看法稳懒，不過我們現(xiàn)在已經(jīng)基本了解到闲擦，黑洞是大質(zhì)量恒星演化的產(chǎn)物。在大質(zhì)量恒星演化晚期會發(fā)生超新星爆炸，其核心可能演化成中子星或黑洞墅冷。用我們最熟悉的一顆恒星纯路，也就是太陽作為參照的話，那些剩余核心質(zhì)量超過3個太陽質(zhì)量的恒星俺榆，就有機會在其生命周期行將結(jié)束之際感昼，坍縮成為黑洞。黑洞有著不同質(zhì)量的分類罐脊，一般大質(zhì)量恒星在自身演化過程中定嗓，會坍縮成中小質(zhì)量的黑洞，它可能只有幾個太陽質(zhì)量萍桌，或者更大一些宵溅；而在星系的中央位置，存在著的巨型黑洞上炎，其質(zhì)量會達到數(shù)百萬個太陽質(zhì)量甚至更多恃逻，這可能是經(jīng)過不斷地吸聚物質(zhì)、并合等過程后形成的藕施。黑洞有著最為極端的密度寇损，當(dāng)把極大的質(zhì)量壓縮至一個足夠小的空間時，就會對附近的空間和時間產(chǎn)生撕裂裳食，附近的物質(zhì)甚至是光線矛市，都無法從中逃脫。
正因如此，與其他的天體相比救氯，黑洞的直接觀測和確認(rèn)存在著較大困難找田；天鵝座X-1可能是第一個被發(fā)現(xiàn)的黑洞，而在它被發(fā)現(xiàn)后的數(shù)十年里着憨，僅有幾十個黑洞的候選體被確認(rèn)墩衙。當(dāng)然，宇宙中黑洞的數(shù)量按估計應(yīng)該遠不止如此甲抖；天文學(xué)家們也在根據(jù)它大質(zhì)量的特點底桂，以及對周圍空間所產(chǎn)生的影響，來間接確認(rèn)更多黑洞的存在惧眠。例如籽懦，黑洞通過對周圍物質(zhì)的吸入，在周圍形成巨大的吸積盤氛魁，這個過程會向外輻射出不同波段的射線暮顺，也包括可見光厅篓。而超大質(zhì)量黑洞的引力作用，會導(dǎo)致不遠處的恒星以特定的軌跡在周圍運行捶码，天文學(xué)家們通過追蹤銀河系中心部位一些恒星的運行軌跡羽氮，確認(rèn)了中心有著超大質(zhì)量黑洞的存在。此外惫恼，通過引力波探測档押，也可以用來了解黑洞運動或是并合的相關(guān)信息；我們所熟知的引力透鏡效應(yīng)祈纯，也可以用來確認(rèn)一些孤立的黑洞令宿，等等。
2012年腕窥，多個國家的天文學(xué)家們共同提出了一個大膽的方案粒没，用甚長基線干涉技術(shù)把橫跨世界各地的多達8臺射電望遠鏡聯(lián)合起來，這可以理解成為人們搭建了口徑堪比地球直徑的一臺超級射電望遠鏡簇爆，來對黑洞進行詳細觀測癞松，這就是EHT計劃。2019年4月10日入蛆，包括我國上海和臺北在內(nèi)响蓉，EHT組織在全球六個城市同時召開發(fā)布會，向公眾發(fā)布了人類歷史上首張黑洞的照片哨毁。照片的主角位于室女座一個巨橢圓星系M87的中心部位厕妖，距離地球約5500萬光年，質(zhì)量是太陽的65億倍挑庶，觀測的時間是從2017年4月11日開始的，包括我國科學(xué)家在內(nèi)的200多位各國科學(xué)家软能，對這些望遠鏡所累積的數(shù)據(jù)進行處理迎捺，在兩年后最終得到了這張照片。
實際上這張照片所反映出的查排，仍然是黑洞的輪廓凳枝；周圍的物質(zhì)被吞噬進入黑洞之中，伴隨著向外發(fā)射高能粒子流跋核，形成一個明亮的發(fā)光氣體殼層岖瑰，中心部位的黑色剪影，就是我們所能看到的最接近黑洞本身的圖像砂代。
在隨后幾年露戒，科學(xué)家們又陸續(xù)發(fā)布了銀河系中心部位超大質(zhì)量黑洞的照片椒功，以及對M87中心部位的黑洞拍攝了“全景照”，等等智什。在這一系列前沿研究過程中动漾，來自我國的科學(xué)家團隊，特別是上海天文臺主導(dǎo)的科研團隊荠锭，在其中貢獻了不可或缺的突出作用旱眯。
對黑洞這種極端天體的探索還遠未結(jié)束，獲得黑洞的照片证九，也是對黑洞性質(zhì)研究中的一個重要過程删豺。除了對黑洞“拍照”之外，LIGO通過引力波探測黑洞并合現(xiàn)象甫贯，韋布望遠鏡吼鳞、雙子望遠鏡也先后找到了迄今為止最古老和最大質(zhì)量的黑洞。這些都有助于人們逐漸挑開黑洞的神秘面紗叫搁，并進一步揭開宇宙演化的諸多謎題赔桌。
天文史上的4月
395年前
1629年4月14日，荷蘭著名物理學(xué)家渴逻、天文學(xué)家克里斯蒂安·惠更斯（Christiaan Huygens疾党，1629年04月14日－1695年07月08日）誕生。他精通于力學(xué)和光學(xué)惨奕，并且還首次發(fā)現(xiàn)了土衛(wèi)六雪位；
300年前
1724年4月22日，德國哲學(xué)家伊曼努爾·康德（Immanuel Kant梨撞，1724年4月22日－1804年2月12日）誕生雹洗，他是古典哲學(xué)創(chuàng)始人，被認(rèn)為是繼蘇格拉底卧波、柏拉圖和亞里士多德后时肿，西方最具影響力的思想家之一「哿唬康德還首次提出了“星云假說”螃成；
280年前
1744年4月25日，瑞典天文學(xué)家安德斯·攝爾修斯（Anders Celsius查坪，1701年11月27日－1744年4月25日）逝世寸宏，他在1742年創(chuàng)立了攝氏溫標(biāo)，這也是我們現(xiàn)在使用最為廣泛的一個溫度計量單位偿曙；
170年前
1854年4月29日氮凝，法國數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家龐加萊（Jules Henri Poincaré望忆，1854年4月29日－1912年7月17日）誕生覆醇，他在數(shù)學(xué)朵纷、天體物理等多個領(lǐng)域做出了諸多基礎(chǔ)性和開創(chuàng)性貢獻，并首次提出了“限制性三體問題”永脓；
120年前
1904年4月22日袍辞，美國理論物理學(xué)家羅伯特·奧本海默（Julius Oppenheimer，1904年4月22日－1967年2月18日）誕生常摧，他首次預(yù)測了量子隧穿效應(yīng)搅吁，在量子力學(xué)、量子場論落午、中子星和黑洞理論等方面都有著重要貢獻谎懦；
65年前
1959年4月9日，美國國家航空航天局宣布溃斋，首批七名航天員確認(rèn)將會參與“水星計劃”界拦，這是美國的首個載人航天計劃；
45年前
1979年4月30日梗劫，天文學(xué)家戴文賽先生（1911年12月19日－1979年4月30日）逝世享甸，他是我國天文事業(yè)的拓荒者之一，在恒星光譜梳侨、星系結(jié)構(gòu)和太陽系的起源與演化等方面蛉威，都取得了卓越的成就；
40年前
1984年4月8日走哺，我國使用長征三號運載火箭蚯嫌，成功發(fā)射了東方紅2號（DFH-2）通信衛(wèi)星。這是我國第一顆地球靜止軌道通信衛(wèi)星丙躏，可以完成24小時全天候通信連接任務(wù)择示。
