給黑洞“拍照”的科技含量
【給黑洞“拍照”的科技含量】
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由射電望遠鏡觀測到的M87黑洞新圖像。
2019年，中國科學(xué)院上海天文臺和國際合作伙伴共同發(fā)布M87黑洞“照片”。這是人類歷史上首幅黑洞圖像。
近日，他們再次公布M87黑洞新圖像。與之前的圖像相比，新圖像顯示出更多細節(jié)，更為清晰。
給黑洞“拍照”的“相機”，并非我們一般概念中的望遠鏡，而是接收無線電信號的射電望遠鏡。
光和無線電本質(zhì)上都可視為電磁波，兩者區(qū)別主要在于波長不同。人肉眼可感知的光波長度在380納米～750納米間，我們也將這一范圍內(nèi)的光稱為可見光。而天文學(xué)家所關(guān)注的無線電波段，波長在1毫米到幾十米之間。這些無線電信號在天文學(xué)里有一個特別的名字——“射電信號”。
射電天文學(xué)的誕生，源于一次偶然。1932年，美國貝爾實驗室工程師揚斯基在進行短波通信干擾源研究時，發(fā)現(xiàn)一個來源奇特的信號源。經(jīng)過反復(fù)試驗和分析后，揚斯基認定，該信號源并非地球上的發(fā)射裝置，而是宇宙中的遙遠天體。自此，天文學(xué)家才認識到天體射電信號的存在，并在這一波段上加以研究。
大部分射電望遠鏡的外形，和我們?nèi)粘＝邮招l(wèi)星信號的“大鍋”天線相似，主體是一個拋物面形的反射面。無線電信號通過反射后，匯聚在望遠鏡焦點的接收裝置上，再輸入到望遠鏡后端的分析記錄儀器中作進一步分析。射電望遠鏡一般都裝配有能調(diào)整指向的機械裝置，以驅(qū)動射電望遠鏡指向不同天體，還可跟蹤天體，保持持續(xù)觀測。
在天文觀測中，望遠鏡對物體細節(jié)的分辨能力，與波長和望遠鏡口徑相關(guān)。由于射電信號波長比可見光信號波長高出不少，因此射電望遠鏡的口徑也要相應(yīng)擴大，才能保證分辨能力不降低。同時，波長增加后，對望遠鏡鏡面精度的要求會隨之降低，也為制造更大口徑望遠鏡提供了可能。目前，最大的可動射電望遠鏡口徑已達110米，比光學(xué)望遠鏡口徑大不少。
有一類特殊的射電望遠鏡，依托天然低洼地形修建，口徑可做得更大。美國于上世紀(jì)60年代在波多黎各修建的阿雷西博射電望遠鏡，口徑達365米，一度是世界上最大的射電望遠鏡。在我國的500米口徑射電望遠鏡FAST建成并投入使用后，“世界之最”已屬FAST。
特別值得一提的是，分布于不同位置的射電望遠鏡，還可進行聯(lián)測，形成一個等效口徑更大的望遠鏡，能進一步提高觀測的分辨率。M87黑洞“照片”，就是通過全世界不同地區(qū)的望遠鏡聯(lián)測得到的。此時望遠鏡的等效口徑，與地球直徑大小相當(dāng)。
既然射電望遠鏡接收的是我們?nèi)庋劭床坏降男盘枺菫楹斡帜芘某觥罢掌蹦兀繉嶋H上，射電望遠鏡的“杰作”體現(xiàn)的是信號強弱起伏。在對信號進行可視化處理時，信號更強的地方給予更亮的視覺效果，用美觀的顏色進行著色后，就變成了直觀照片。
【來源：解放軍報】
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