天文學家一直用工作在不同波段的望遠鏡觀測天體：從高能的伽馬射線、X 射線，到紫外線、可見光、紅外線，再到射電波。這是因為天體的輻射是多波段的，天文學家可以通過不同波段的望遠鏡，看到同一個天體的不同側面。對黑洞進行多波段觀測時，這些多波段的觀測數據，就好比黑洞的多波段“指紋”，可以反映其在各電磁波段的輻射特徵。
基本介紹
- 中文名：黑洞多波段“指紋”
- 意義：加深人們對黑洞及其噴流的了解
- 原理：天體的多波段觀測
- 實質：黑洞的多波段觀測數據
原理,發展歷史,用途,相關事件,
原理
一個天體往往輻射各種波段的電磁波，所以天文學家如果只用一個波段進行觀測，就只能了解天體的一個側面，只有多波段觀測才能夠全面地了解天體。黑洞噴流的輻射覆蓋從無線電波、到可見光、再到伽馬射線的整個電磁波譜。不同的黑洞，其在各電磁波段的輻射特徵各不相同。通過收集這些輻射的“指紋”，可以加深對黑洞及其噴流的了解。
發展歷史
人類觀察一切事物，最初都是用肉眼直接觀看。 天文觀測也一樣，首先是用肉眼看星。眼睛只能看到可見光。1609年發明了天文望遠鏡，但望遠鏡也只能觀測可見光。 可見光只是電磁波中的一小段。20世紀中葉，發明了射電望遠鏡，把對天體的觀測擴充到射電波段。 後來，隨著空間技術的發展，紫外線、紅外線、X射線、γ射線，幾乎可以在整個電磁波段觀測天體。 由此，產生了射電天文學，紫外天文學、紅外天文學、X射線天文學和 γ射線天文學。 從觀測技術方法上說，這種學科劃分是有一定道理的。 但是， 以某一波段觀測結果出發， 推斷天體的性質與變化規律，形成天文學見解，從這個意義上說，這種劃分有失片面。因為單獨從某一波段觀測結果來推斷天體狀態，有如戴有色眼鏡看東西，是看不到事物的真相的。可是，由於不同波段之間的技術上的差異以及輻射機制上不同，擅長某一波段研究的天文學家往往不熟悉別的波段的技術與理論。所以，在某種程度上形成了各波段自成體系的局面。 有遠見卓識的天文學家認識到必須把天體的各波段觀測綜合起來研究。 在20世紀80年代末，開始產生了“多波段天體物理學”這樣一個新的分支學科的提法，以提倡多波段綜合研究。
可見光、紫外線和紅外線都可以用光學望遠鏡進行觀測，但是用來感光的探測器差別較大。 可見光全部可穿過地球大氣，因此觀測可以在地面上進行。3000埃以下的紫外線不能穿透地球大氣， 必須在大氣外利用人造衛星或飛船運載的天文儀器進行觀測。 地球大氣透過一部分紅外線，但是對其中某些波段吸收很厲害。因此可以在地面觀測天體的紅外線，但有一部分波段的紅外線必須到衛星上去觀測。射電波段大部分可在地面上觀測， 只是毫米波要到水汽很少的乾燥的高地上觀測，波長在幾百米以上的長波受到極光干擾，要到飛船上甚至要到月亮上去觀測。X射線和γ射線完全被地球大氣吸收，在地面上完全觀測不到， 必須利用火箭、衛星或飛船到地球大氣外觀測。
由於各波段的特性， 它們發展的先後就有所不同。光學波段最先發展起來。 然後擴及到近紫外和近紅外波段，這都是地面光學望遠鏡所能及的觀測。20世紀30年代無線電技術迅速發展， 首次觀測到來自太陽的射電波。二戰以後發展了射電波段的天文觀測。20世紀60年代以後，由於空間科學技術的發展，可以把天文觀測設備送到大氣外進行觀測，從而擴展到遠紫外、遠紅外、X射線和 γ射線波段。
用途
黑洞多波段“指紋”可以加深人們對黑洞及其噴流的了解，有助於人們充分理解首張黑洞的照片，也將有助於解決最具挑戰性的問題，如改進2017年黑洞圖像對愛因斯坦廣義相對論的檢驗。它還部分解決了宇宙線的起源問題。
相關事件
來自全球32個國家和地區、近200個科研機構的760名科學家和工程師組成的團隊，使用19台望遠鏡陣同步觀測，成功捕獲到人類首次“看見”的那個黑洞的多波段“指紋”，觀測數據14日在全球公布。
人類首次“看見”的那個黑洞，位於室女座一個巨橢圓星系M87的中心，距離地球5500萬光年，質量約為太陽的65億倍。黑洞的中心區域存在一個陰影，周圍環繞一個新月狀光環。2019年4月10日，科學家首次發布的這個黑洞照片，是通過事件視界望遠鏡（EHT）於2017年4月對M87星系中央超大質量黑洞的觀測而獲得的。
M87黑洞
科學家利用事件視界望遠鏡（EHT）對這個黑洞進行觀測的同時，還協調了全球19台望遠鏡陣對這個黑洞及其噴流，開展了迄今頻率覆蓋最廣的多波段同步觀測，成功收集到2017年3月底至5月中旬的觀測數據。
作為東亞地區靈敏度最高的長毫米波射電望遠鏡，中科院上海天文台65米口徑的天馬望遠鏡也參加了全球2個望遠鏡陣、3個波段的同步觀測，天馬望遠鏡團隊成功研發了相關觀測設備，並進行了後續數據分析。
上海天馬望遠鏡
“這些多波段的觀測數據，就好比黑洞的多波段‘指紋’。”上海天文台台長、研究員沈志強介紹說，“人類首次看見的那個黑洞，噴流的輻射覆蓋從無線電波、到可見光、再到伽馬射線的整個電磁波譜。對每個黑洞而言，其在各電磁波段的輻射特徵各不相同。通過收集這些輻射的‘指紋’，可以加深人們對黑洞及其噴流的了解。”
19個望遠鏡陣多波段的觀測數據與事件視界望遠鏡（EHT）觀測相結合，可以讓科學家對天體物理學一些最重要、最具挑戰性的研究領域進行深入分析。例如，進一步檢驗並改進愛因斯坦廣義相對論、深入研究“宇宙線”起源等科學問題。
面對浩瀚宇宙，科學探索無窮無盡。目前，全球科學家正在對人類首次看見的那個黑洞、銀河系中心超大質量黑洞以及另外若干遙遠的黑洞，再一次通過事件視界望遠鏡（EHT）和其他望遠鏡陣進行更廣泛的聯合觀測。在這新一輪觀測中，上海天馬望遠鏡也參與其中。
