相機里的黑洞怎麼拍照

1. 黑洞「吞噬」一切，科學家是如何給黑洞拍照的呢西瓜視頻告訴你

人類 歷史 上第一個黑洞照片，是在2019年4月10日公布的。其實從照片整體上看，感觸並不是那麼深刻，也就是一個泛著黃圈的影像，有點像我們地球上的甜甜圈。

我們對「黑洞」這個詞並不陌生，特別是在義務教育階段，我們就已經被普及了相對基礎的物理知識。黑洞是宇宙中質量最大的天體，根據萬有引力定律來看，一個天體具有的引力和彼此的質量有關，而黑洞的質量又無限大，所以它對所有天體本身都具有特別強的引力，有科學家分析，當人無限接近黑洞的時候，速度最快可以達到光速。

不過聯系我們小時候所接觸到的黑洞資料，你會發現，黑洞其實並沒有照片，他的大部分有關圖只是想像出來的圖畫，而真黑洞究竟是什麼樣子，其實我們一直都不清楚。為啥拍一張黑洞照片這么難，西瓜視頻創作人【李永樂老師】在作品【首張黑洞照片咋拍的?事件視界望遠鏡EHT是什麼?李永樂老師告訴你】中就給出了詳細的科普，感興趣的朋友可以上西瓜視頻搜索，探究拍攝黑洞的真相。

簡單的講述一下我們望遠鏡或者說照相機的原理，其實二者相差不多，都是利用光學鏡片成像，而照相機不同的是，它會有感光底片成像（當然現在照相機都是數碼相機，已經不太使用有底片的相機了），通過沖洗就會形成人的影像。

當自然界的光在我們人以及周圍景物上的時候，會反射到相機鏡頭，我們可以通過快門曝光來捕捉影像的瞬間，所以其實拍照最重要的就是利用光源。我們看到，一些特別講究的拍攝現場，都需要使用遮光板，這就是為了保證有足夠的光，以達到成像效果。

黑洞不一樣，我們之前提到過，黑洞擁有無限大的引力，連光也無法逃脫，而光到黑洞上是無法被反射出來的，會被吸收，因此我們無法通過簡單的照相原理來給黑洞拍照，甚至就連普通的光學望遠鏡，也都無法發現黑洞的存在。

人類對宇宙的認識，是隨著科學的進步而進步的。一開始觀測宇宙，人只能用肉眼感受，後來有瞭望遠鏡以後，我們能通過望遠鏡觀察，但產生的偏差也非常大，因為地球的大氣層會有折射。當衛星被發明以後，人類想了一個好辦法，將望遠鏡直接發射到地球大氣層以外，這樣就能避免大氣層的干擾。

當然早期觀察天體的望遠鏡，同樣是光學望遠鏡，通過宇宙中恆星發射的光的反射，來觀察宇宙中恆星、行星，但是類似黑洞這樣的天體，光學望遠鏡就完全不能夠看到，所以人類在漫長的科研過程中，又發明了射電望遠鏡。而拍攝黑洞之所以能順利實現，就全靠射電望遠鏡。

射電望遠鏡與光學望遠鏡不同，光學望遠鏡是利用反射光的，而射電望遠鏡是用來感知天體射電波的，當然由於光本質上也是一種波，所以射電望遠鏡的原理和光學望遠鏡差不多，他將感受到的射電波通過放大，然後通過數據，感受天體的存在，但想要拍攝黑洞，還並不是這樣容易。

拍攝黑洞用到了8個射電望遠鏡，共同組成了一個「事件視界望遠鏡」。射電望遠鏡在被發明以後，其實觀測黑洞是比較容易的，但也僅僅只是局限於那些質量比較大的，因為越大的黑洞，其發射的射電波越強，人們越是容易感知到，所以想要拍照，就必須選擇那些質量較大的黑洞。

但還有一個關鍵因素，那就是距離，黑洞的距離必須合適，就像我們拍照的時候，會有不同程度的調焦是一個道理，距離合適才能拍到黑洞的照片，所以當時科學家選擇了M87星系中心的黑洞，經過5天的觀察，最終測得了這個黑洞的數據，大約是4Pb.

如此龐大的數據量，使得科學家分析了將近兩年的時間，才徹底還原出黑洞的原貌。而僅僅只是這張處理過的黑洞照片，大小就超過幾個G，這張黑洞照片的背後實在凝聚了太多人的心血！西瓜視頻創作人【李永樂老師】在視頻【首張黑洞照片咋拍的?事件視界望遠鏡EHT是什麼?李永樂老師告訴你】中，從專業的角度闡述了射電望遠鏡的工作原理以及拍攝黑洞照片的原理，想知道黑洞照片長什麼樣，為什麼黑洞如此難以研究嗎？大家可以上西瓜視頻搜索關鍵詞【黑洞照片】，觀看原視頻尋找答案。

2. 黑洞連光都不放過，人類是怎樣給它拍照的

因為黑洞吸收所有的光，沒有光進入人類的眼睛(光學設備) ，就像所有在夜晚看到的物質都是黑色的。但是黑洞周圍的物體反射光線。我們可以看到我們周圍的物體。中間的黑洞不是被激活了嗎？這與夜晚的夜光點正好相反。我們只能看到發光點，卻看不到周圍的物體。這個發光點也是「設置」。雖然黑洞不發光，就像陰影不發光一樣，我們仍然可以拍攝陰影照片。拍攝黑洞的照片有三個一般原則。引力透鏡效應效應的方法是利用引力透鏡效應效應去除黑洞的邊界及其引力效應。

因此，引力透鏡效應效應沒有焦點，但有一條焦線(所以它不能像光學鏡頭那樣成像)。英格蘭的 O.J.Lodge 爵士首先提出了「透鏡」這個術語來描述重力對光的影響。他說: 「我們不能說太陽引力場像一個鏡頭，因為它沒有焦距。」。如果光源、形成引力透鏡效應效應的質量物體和觀察者處於一條直線上，那麼原來的光源就會出現在大量透鏡物體周圍的一個環中(稱為「 Einstein ring」)。如果沒有直線對齊，則光源呈弧形。

3. 黑洞照片是怎樣拍出來的

黑洞「照片」實際上是用視界望遠鏡拍攝的黑洞陰影。黑洞有著很強的引力，甚至光也無法逃脫。光線無法逃逸的臨界范圍稱為黑洞半徑或「視覺界面」。視覺界面外的物質圍繞黑洞旋轉，形成明亮的吸積盤。中間有不規則光線的黑洞在明亮的背景下形成「陰影」。

當然，一個國家的實力絕對不足以完成如此龐大的工程，所以包括美國、中國、日本、比利時、智利等許多國家的天文學家和科學家都參與其中。這也反映了整個地球力量的整合。黑洞的存在，就是人們理解宇宙的開始。我們可以期待電影中的場景有一天會成為現實。