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天下文化首頁 主題 5個問答讓你簡單看懂黑洞是什麼?
科學自然

發表日期

2020.04.08
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黑洞捕手
終於,人類見證了黑洞的存在,進一步證實廣義相對論,距離完成宇宙之謎的大拼圖,又邁進大大的一步。中研院...
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5個問答讓你簡單看懂黑洞是什麼?



圖片來源:陳明堂提供

在加入《黑洞捕手》這場宇宙大冒險之前,你可能會對黑洞攝影這個主題有許多疑問。這個篇章,可以滿足你的好奇。

Q1. 為什麼這次黑洞照片曝光,各界這麼轟動?黑洞不是早就被證實了嗎?我還看過很多照片呢!

A. 很多人模擬出黑洞的照片和動畫,讓許多人認為「黑洞的存在不是理所當然嗎?」。

然而,雖然有許多間接證據(比如重力波)讓科學家普遍認為黑洞存在,但直到2019年的4月10日,才出現了第一個證實黑洞存在的視覺證據。

Q2. 如果說,黑洞會把光吸進去,那黑洞照片中怎麼會有光環?

A. 黑洞照片中的一圈光環,並不是黑洞,而是黑洞周遭物質發出的電波。黑洞是質量極大的天體,光線靠近黑洞就會被吸進去,也因此黑洞本身不發出任何的光線。

不過,我們觀測的是黑洞鄰近的區域,四周的氣體因為受黑洞吸引,繞著黑洞打轉;氣體愈靠近黑洞,運動速度加快。

氣體之間互相撞擊、摩擦,會產生高熱放出能量。這些釋放出來的能量,一部分會被黑洞吸收,但也有一部分得以逃脫黑洞的引力。跑出來的能量中包含有電波的成分,天文學家可以觀測到逃逸出來的電波,得知黑洞的形狀結構。

Q3. 這麼多黑洞,要選哪一個來觀察?

A. 宇宙裡到處都有黑洞。但是那些從地球上看到的黑洞目標,必須夠大,而且不能離我們太遠。南天的人馬座A*,以及北天的M87*是現在可觀察的兩個目標。

Q4. 為什麼新聞都說,你們建造了「地球一樣大」的望遠鏡?

A. 如果要觀察愈遠的事物,就需要愈大孔徑的望遠鏡。我們這次拍攝到的黑洞M87*,距離地球5,500萬光年,根據推算,需要直徑8,000公里的望遠鏡,才能看清楚這個黑洞的模樣。

口徑8,000公里的望遠鏡!怎麼可能建造呢!其實,不用真的蓋這麼大的望遠鏡。科學家使用「特長基線干涉技術」,讓世界各地的望遠鏡同時觀測黑洞,並把各自觀測的數據加以整理,就可以達到跟建造「地球一樣大」的望遠鏡相同效果了。

Q5. 為什麼望遠鏡可以看到很遠的東西?

A. 人眼想要看清楚一樣事物,有兩個必要條件:光要夠強、光進入眼睛的角度要大。

比方說,你眼前有一個甜甜圈,就很容易看清楚甜甜圈的模樣。如果把燈關了,就會看不到。這就是光的必要。

再來,把甜甜圈移得離你愈來愈遠,你會發現它愈來愈小,小到變成一個點,再也無法辨識中間的洞洞了。

甜甜圈兩端反射出來的光進入眼睛時,彼此的夾角稱為「視角」。當某個事物太遠,就會導致視角太小,人眼就無法辨識該物體。

望遠鏡靠著凹凸透鏡的組合,達到放大、聚光功能,來加強上述兩個條件,讓人眼可以辨識遠方的物體。

 

【書籍資訊】
《黑洞捕手》

感謝《黑洞捕手》公益贈閱支持夥伴 散播科學與思辨的種子
中華紙漿、崇友實業、歐都納、遵程精密,立錡科技謝叔亮創辦人、吳錦麗女士、遠見天下文化教育基金會

黑洞捕手

出版日期:2020.03.31

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