2022年5月12日21點(diǎn)，銀河系中心黑洞照片發(fā)布，這是幾乎北半球中低緯度以及南半球的毫米波望遠(yuǎn)鏡接力“拍攝”下來(lái)的黑洞照片，也是人類歷史上第二張黑洞照片！

為什么又是紅紅的照片？

相信各位應(yīng)該是有些審美疲勞了，因?yàn)檫@張照片看起來(lái)和2019年4月10日發(fā)布的黑洞照并沒(méi)有差多少，也就是紅紅的底色，中間一個(gè)黑色區(qū)域，不用問(wèn)這也知道紅黃色的是吸積盤，黑色區(qū)域中心就是事件視界。

《星際穿越》中的黑洞實(shí)在是太壯觀了，所以當(dāng)年期待M87*也有那樣的震撼的場(chǎng)景，但顯然讓大家失望了，因?yàn)槭聦?shí)上的黑洞照就是紅紅的。

黑洞：光都跑不出去的怪胎

WIKI中文版對(duì)黑洞的描述是這樣的：“是時(shí)空展現(xiàn)出極端強(qiáng)大的引力，以致于所有粒子、甚至光這樣的電磁輻射都不能逃逸的區(qū)域。廣義相對(duì)論預(yù)測(cè)，足夠緊密的質(zhì)量可以扭曲時(shí)空，形成黑洞；不可能從該區(qū)域逃離的邊界稱為事件視界（英語(yǔ)：event horizon）”

這個(gè)所謂的光逃不出去的區(qū)域，如果是史瓦西黑洞的話那么指的就是史瓦西半徑，用第一宇宙速度公式也可以計(jì)算出，在黑洞的史瓦西半徑內(nèi)逃逸速度大于光速，因此黑洞從理論上來(lái)看它應(yīng)該漆黑一片，那又是如何拍攝到照片的呢？

因?yàn)楹诙磸?qiáng)大的引力，讓它對(duì)周圍的物質(zhì)都虎視眈眈，因此外圍會(huì)有大量物質(zhì)掉入吸積盤，在向中間掉落的過(guò)程中被壓縮，物質(zhì)的原子被激發(fā)，從吸積盤的外圍到視界，分別釋放出從電磁輻射到伽馬射線不等的輻射。

這就是黑洞能被探測(cè)到的其中一個(gè)重要原因（引力透鏡也可以探測(cè)黑洞存在），這也是人類可以用EHT（事件視界望遠(yuǎn)鏡）對(duì)其成像的主要原因。

所謂的紅色成因是這樣的：物質(zhì)在掉落吸積盤后被壓縮激發(fā)的光譜中其實(shí)是全頻段的，但由于強(qiáng)大的黑洞引力，這些光譜都被極度紅移，就像宇宙膨脹出現(xiàn)的紅移有些類似（原理不一樣，一個(gè)是引力紅移，一個(gè)空間膨脹紅移），但結(jié)果類似，變成了紅光。

星系紅移

所以我們看到的黑洞照片就是紅紅的？

其實(shí)這個(gè)答案是錯(cuò)的！因?yàn)镋HT拍攝的根本就不是可見(jiàn)光，這才是“紅光”真正的原因，從如下這副圖中可以看到，EHT用來(lái)“成像”的是至少可以觀測(cè)230GHZ，波長(zhǎng)是1.3毫米的波段！

很顯然，這是是一個(gè)高頻電磁波的波段，人類的肉眼無(wú)法感知這種“極低頻”的光，所以我們根本就看不到EHT望遠(yuǎn)鏡成像的照片。

那么問(wèn)題來(lái)了，那個(gè)黑洞照片是咋個(gè)來(lái)的？其實(shí)就是一張“假”照片，將不同頻率的電磁波段以通道的形式輸入可見(jiàn)光通道，合成出一張彩色照片！

巴德的2英寸LRGB濾鏡，直徑50mm左右

這個(gè)方法深空攝影愛(ài)好者經(jīng)常用，方法是用濾光片拍攝好多個(gè)通道后導(dǎo)入合成一張彩色的深空照，其實(shí)大家看到的深空照就是灰灰的，沒(méi)啥顏色，這個(gè)事情連NASA都是這么干的。而不同頻率的電磁波就像是濾光片拍攝后的數(shù)據(jù)，對(duì)應(yīng)導(dǎo)入合成一張“偽彩色”黑洞照。

為什么不用光學(xué)望遠(yuǎn)鏡拍張真正的彩色照片？

射電望遠(yuǎn)鏡取得的照片是“偽彩色”，那么光學(xué)望遠(yuǎn)鏡直接拍攝不就是真彩色了么？

所見(jiàn)即為所得，這是我們理解的拍照的樣子，但事實(shí)上給天體拍照卻不是這樣，因?yàn)橹苯映上竦奶祗w照片看起來(lái)就是黑白兩色，因?yàn)樘祗w本身非常暗淡，盡管發(fā)出的都是全色波段，但在底片上表現(xiàn)出來(lái)的就是黑白照！

哈勃的那些天體彩照是如何拍攝的？

其實(shí)哈勃的CCD前面有各種濾光鏡，拍下多個(gè)可見(jiàn)光波段后再通過(guò)導(dǎo)入對(duì)應(yīng)的濾光后拍攝的圖像合成，這也是各位天文愛(ài)好者拍攝深空?qǐng)D像的方法，基本上深空攝影愛(ài)好者至少也得有三個(gè)通道的濾光鏡，然而哈勃的濾光鏡就多了，不用懷疑，詹姆斯韋伯的也很多：

請(qǐng)注意濾光輪

拍攝的多個(gè)波段

不過(guò)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡卻無(wú)法對(duì)銀心黑洞成像，原因很簡(jiǎn)單，因?yàn)殂y心目標(biāo)太小了，盡管它的質(zhì)量高達(dá)太陽(yáng)的400萬(wàn)倍，其視界直徑為2400萬(wàn)千米，但在2.6萬(wàn)光年外的地球看來(lái)這個(gè)視角僅僅為50微角秒，如圖：

而是M87*黑洞質(zhì)量為太陽(yáng)的65億倍，事件視界半徑為390億千米，5500萬(wàn)光年外的地球來(lái)看，更是低至40微角秒，大家都知道哈勃的極限分辨率大約為0.1角秒，這個(gè)微角秒是什么概念呢？

1°（度）= 60′（角分）= 3,600″（角秒）=3,600,000毫角秒=3,600,000,000微角秒

比哈勃極限分辨率還要低5個(gè)數(shù)量級(jí)，這根本就是強(qiáng)人所難嘛！大家都知道，口徑與分辨率直接相關(guān)，假如要看清銀心黑洞，光學(xué)望遠(yuǎn)鏡要多大呢？

黑洞視界直徑/距離=1.22*波長(zhǎng)/望遠(yuǎn)鏡口徑

以可見(jiàn)光550納米為例，要看清楚銀心黑洞的望遠(yuǎn)鏡口徑大約需要：6.877千米口徑，而對(duì)M87*進(jìn)行成像，那么光學(xué)望遠(yuǎn)鏡需要8.95千米口徑，顯然人類還造不出這樣的望遠(yuǎn)鏡，這也是使用甚長(zhǎng)基線干涉來(lái)“組建”EHT陣列的原因。

它的原理是將來(lái)自不同天文望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)信號(hào)收集后進(jìn)行聯(lián)合處理，使其組成一臺(tái)口徑相當(dāng)于多臺(tái)望遠(yuǎn)鏡之間距離的虛擬射電望遠(yuǎn)鏡，但這種技術(shù)需要精確的原子鐘同步信號(hào)，記錄信號(hào)間的時(shí)間延遲差，然后再經(jīng)過(guò)超級(jí)計(jì)算機(jī)的處理成一個(gè)“合成圖像”。

銀心黑洞：它會(huì)吞噬掉整個(gè)銀河系嗎？

銀心是個(gè)黑洞被證實(shí)了，就像《三體》中的哈勃二號(hào)看到了半人馬座南門二星系周圍的塵埃帶中的1000根刷毛，確定了規(guī)模達(dá)1000艘宇宙飛船的三體艦隊(duì)正以1%的光速趕往地球一樣，那么這個(gè)質(zhì)量可以增長(zhǎng)到無(wú)限大的黑洞究竟會(huì)不會(huì)吞了銀河系呢？

黑洞：它是怎么誕生的？

黑洞應(yīng)該是宇宙最為怪異的天體，它的誕生以目前的科學(xué)理論來(lái)看，來(lái)自于兩種可能，一種就是宇宙誕生的時(shí)刻，分布密度過(guò)高的區(qū)域直接坍縮成了黑洞，超大質(zhì)量的黑洞與微型黑洞據(jù)信都來(lái)自這個(gè)時(shí)刻，這些黑洞被稱為原初黑洞。

另一種則是恒星型黑洞，它們來(lái)自大質(zhì)量的恒星坍縮，可能會(huì)經(jīng)歷超新星爆發(fā)，也可能大質(zhì)量恒星直接坍縮為黑洞，這種黑洞的質(zhì)量不大，但有個(gè)下限，也就是說(shuō)至少要大于奧本海默極限質(zhì)量才可能探索成黑洞。

中子星的合并也可能誕生黑洞，黑洞之間也可以通過(guò)合并成為更大的黑洞，但質(zhì)量卻不是1+1=2，而又大量的能量會(huì)變成引力波釋放，這也是LIGO和VIRGO檢測(cè)到黑洞引力波的理論來(lái)源。

除了黑洞合并以外，黑洞還會(huì)吞噬周圍的質(zhì)量成長(zhǎng)，而對(duì)于黑洞來(lái)說(shuō)，它可能永遠(yuǎn)都吃不飽，比如目前發(fā)生的最大黑洞TON 618，其質(zhì)量可能高達(dá)太陽(yáng)660億倍，整個(gè)銀河系的質(zhì)量盡管0.8–1.5×10^12倍，但能經(jīng)得起幾個(gè)TON 618的吞噬？

黑洞不怕：最怕的是流浪的微型黑洞

黑洞有多可怕，不妨先了解下黑洞到底是怎么吞噬物質(zhì)的！網(wǎng)上有一張比較有趣的圖，將黑洞分為危險(xiǎn)區(qū)、安全區(qū)，如下：

盡管看起來(lái)有些牽強(qiáng)，但也算是表達(dá)了黑洞的“勢(shì)力范圍”到底是怎么分布的！黑洞因?yàn)槠涑瑥?qiáng)的質(zhì)量扭曲的時(shí)空，物質(zhì)會(huì)在這個(gè)時(shí)空陷阱中環(huán)繞，最終螺旋形墜入黑洞的視界，視界處環(huán)繞速度為光速，視界內(nèi)逃逸速度超過(guò)光速，視界外理論上仍然是可以逃逸的。

吸積盤就是黑洞吞噬周圍的物質(zhì)形成的，墜入吸積盤的物質(zhì)應(yīng)該是不太有機(jī)會(huì)逃出黑洞了，那么從理論上來(lái)看，整個(gè)銀河系都將墜入黑洞？盡管理論上確實(shí)有可能，但現(xiàn)實(shí)中卻不會(huì)發(fā)生：

1、黑洞的物質(zhì)吞噬率很低；

2、存在足夠環(huán)繞速度的天體不會(huì)被吞噬；

據(jù)5月12日晚的黑洞“發(fā)布會(huì)”上，上海天文臺(tái)副臺(tái)長(zhǎng)沈志強(qiáng)稱銀心黑洞的物質(zhì)吞噬速度大約為每年10^-8個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量，不止到筆者有沒(méi)聽錯(cuò)，請(qǐng)各位指正下。沈志強(qiáng)稱這個(gè)數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)擬合度很高，按這個(gè)速度，銀河系吞噬完畢也是天荒地老了。

另一個(gè)需要了解的是，無(wú)論多大質(zhì)量的天體，在某個(gè)位置，它一定有一個(gè)環(huán)繞速度和逃逸速度，那么我們可以簡(jiǎn)單的計(jì)算下，在太陽(yáng)系的距離上，逃離銀心黑洞Sgr A*需要多大的速度：

環(huán)繞速度：4.6千米/秒

逃逸速度：6.57千米/秒

筆者偷懶了，直接在網(wǎng)上找了個(gè)計(jì)算器，算出來(lái)就是這個(gè)速度，而目前太陽(yáng)系在銀河系中的運(yùn)行速度高達(dá)220千米/秒，顯然這已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了銀心黑洞的逃逸速度，絕對(duì)不會(huì)掉進(jìn)去的，但問(wèn)題是太陽(yáng)似乎也沒(méi)逃離？

當(dāng)然這個(gè)問(wèn)題有幾個(gè)答案，一個(gè)是銀心并非只有一個(gè)黑洞，還要核球以及周圍旋臂的質(zhì)量也要算在核心質(zhì)量?jī)?nèi)，但據(jù)天文學(xué)家稱，即使把這個(gè)質(zhì)量也算上，銀心還是拖不住太陽(yáng)，科學(xué)家解釋稱，銀河系中還有大量我們看不到的暗物質(zhì)產(chǎn)生的引力。

因此各位大可不必?fù)?dān)心銀河系會(huì)被黑洞吞了，反而要擔(dān)心銀河系為何還沒(méi)有散架，畢竟目前計(jì)算出來(lái)的速度太快，已經(jīng)需要暗物質(zhì)來(lái)解釋了。

最擔(dān)心的是流浪黑洞

顯然銀心黑洞不足為懼，但假如一個(gè)微型黑洞，比如像一個(gè)只有木星質(zhì)量大小的微型黑洞，視界直徑大約在6米左右，這種類型的黑洞很難被發(fā)現(xiàn)，一個(gè)它不發(fā)光，另一個(gè)在宇宙空間中也沒(méi)有明顯的吸積盤，因此它從奧爾特云進(jìn)入柯伊伯帶的過(guò)程中也許是靜悄悄的。

這種狀態(tài)下只有引力透鏡才能才能發(fā)現(xiàn)，并且這個(gè)黑洞需要?jiǎng)偤媒?jīng)過(guò)地球和某顆恒星的中間時(shí)候才會(huì)被發(fā)現(xiàn)異常，全天區(qū)那么大，它來(lái)自何方估計(jì)只有鬼才知道了。

一旦它進(jìn)入到能干擾到柯伊伯帶彗星類天體運(yùn)動(dòng)時(shí)，內(nèi)行星就要遭殃了，因?yàn)榇罅康腻缧强赡軙?huì)受到擾動(dòng)進(jìn)入大橢圓軌道運(yùn)行，這將會(huì)給地球帶來(lái)很大的撞擊風(fēng)險(xiǎn)。

如果這個(gè)黑洞繼續(xù)進(jìn)入環(huán)繞太陽(yáng)的軌道，那太陽(yáng)系就永無(wú)寧日了，也許太陽(yáng)都有可能被它吞噬，行星軌道也會(huì)因黑洞的進(jìn)入而受到擾動(dòng)，估計(jì)到那會(huì)，人類除了從太陽(yáng)系搬家外沒(méi)有別的好辦法。

不過(guò)這個(gè)橋段在《撤離地球》這部偽紀(jì)錄片中已經(jīng)演示過(guò)一次了，只是在《撤離地球》中闖入太陽(yáng)系的是一顆中子星，顯然中子星要比黑洞質(zhì)量小，但因?yàn)樗莻€(gè)發(fā)光體，比黑洞要更容易被發(fā)現(xiàn)，因此至少人類能獲得足夠久的預(yù)警時(shí)間，制造巨型方舟逃離地球。