用孩子都能做的3个实验解读人类史上首张黑洞照片

 新闻资讯     |      2019-04-15 18:19
4月10日,各国科学家在全世界多个地点同时发布人类历史上首张黑洞照片!此次拍摄到的黑洞,位于室女座方向一个巨椭圆星系M87的中心,距离地球约5500万光年。
图片来源 | EHT Collaboration
黑洞是什么?大家肯定都有很多疑问。其实,黑洞是____内存在的一种特殊天体,像个“无底洞”。因为黑洞本身拥有极大的质量极高的密度,所以超强大的引力束缚会把周围一定区域内的任何物质都吸进去,连光也无法逃脱。
听完解释还不懂?别急,让我们用连孩子都做得了、看得懂的3个小实验来给大家解读一番,大家就明白了!
实验一 这个黑洞距离我们有多远?
第1步:我们在室外一个较为宽敞的场地,选取大小适中的纸片分别标记水星、金星、地球、火星和地球。
第2步:以“太阳”为起点,用卷尺分别量取25厘米、50厘米、68厘米、103厘米四处位置,并依次放置水星、金星、地球、火星,我们以此模拟太阳系,真实中的地球距离太阳可是约1.5亿公里哦。
第3步:我们从“地球”标记处向外走,大概要走多远呢?大约2368666666千米。(一光年大约9.5万亿公里)
实验二 黑洞看不见,却知道它存在,为什么?
第1步:第一个人代表一颗遥远的恒星,在TA的脖子上挂一条荧光项链(可用绳子将荧光棒制成项链,或者在较薄的纸袋中装个手电筒带在身上)。
第2步:第二个人与第一个人面对面双手互牵,抓紧。第三个人则代表在地球上观察这一组合的天文学家。
第3步:关灯,让室内陷入黑暗。牵手的两人开始旋转(注意安全)。地球上的观察者会看到什么呢?
1964年,科学家们在天鹅座方向发现了很有趣的现象。当他们用特殊的望远镜观察这片区域的时候,发现有什么东西在发出X射线,这是一种我们肉眼看不见的光。那到底是什么呢?科学家们用观察“可见光”的望远镜去看,却什么都没有发现。不过在那附近有一颗恒星,这颗恒星本身很普通,但它的行为却很有意思:每过大概5天,这颗恒星就会绕着发出X射线的区域转一圈。科学家们把这个奇怪的区域命名为天鹅座X-1区域。这奇怪的东西到底是什么呢?
科学家们意识到,他们能看见的信息正告诉他们,那里有些看不见的东西。科学家们用可见光望远镜却看不见的天体是一个“黑洞”。
因此,黑洞本身不发光,但是黑洞周围通常都会有一个吸积盘,吸积盘有比较强的辐射(或者说是发光的),所以在明亮吸积盘的衬托之下,黑洞就会产生一个所谓的黑洞阴影。这次的观测就是通过观测黑洞本身及其临近区域,看到黑洞的阴影。
实验三:是怎么给看不见的黑洞拍照的?
我们日常生活中肉眼可见的某类光称为可视光,也存在其他的用眼睛看不到的光,比如射电、微波、紫外线、X射线和伽马射线,这些光在生活中也处处可见。
第1步:我们找一部日常用的几款遥控器,看着遥控器的前方,我们一直按住遥控器上的一个按钮,你看到遥控器的前方会发生什么?
第2步:我们打开手机相机,将遥控器的前端指向相机镜头,然后一直按住遥控器上的一个按钮。当你按下按钮时,观察相机屏幕上的图像。现在,在屏幕上你能够看到什么?尝试将相机切换到另一个镜头模式,将遥控器对准镜头,再按住遥控器上的按钮。使用一些不同的遥控器再做次实验。
第3步:我们把遥控器套上一层黑色塑料袋,在执行第二步的操作,在相机的屏幕上,你看到了什么?
我们通过实验可以知道,当你按住遥控器的按钮时,在遥控器前方是看不到任何东西的。但是,当你将遥控器朝向相机镜头,你却可以在相机的屏幕里看到遥控器发出的光点。
当你将遥控器装入塑料袋后,我们执行同样的操作,仍能看到遥控器发出的光透过了塑料袋在手机屏幕上形成光点。所以相机不仅可以接收到人类眼睛看不到的光线,而且还能将它们转化为人眼能够看到的图像。
图片来源 | 央视新闻
天文学家也是这么干的!天文望远镜就是他们的相机,当他们拍摄出一幅我们的眼睛看不到的图像,就需要将它转换为我们能看到的图像。要想观测遥远黑洞的附近区域,依靠目前任何单个望远镜都还远远不够。因此,在过去10多年里,科学家们联合开展了“事件视界望远镜”项目,用全球多地的8个亚毫米射电望远镜联合组成了一台口径相当于地球直径的虚拟望远镜,同时对黑洞展开观测。收集到的数据又经过近2年的处理才“冲洗”出目前我们所见的黑洞照片。
资料综合整理自网络,实验资料来源:《给孩子的天文学实验室》(华东师范大学出版社,2018.11)
《给孩子的天文学实验室》
【美】米歇尔·尼科尔斯 著
河马星球 译
华东师范大学出版社
这本书中的所有实验都经过实践验证,能带着你探索太阳上的斑点、月球上的陨石坑、金星和火星的表面、太阳系的大小和规模以及如何在每个季节找到星座……
作者米歇尔·尼科尔斯在西半球首座天文馆——阿德勒天文馆从事教育工作,具有二十多年的科普教育经验。擅长使用日常生活材料设计天文学实验,鼓励孩子和他们的朋友、家人一起,抬起头、低下头、环视周围,从地面的影子玩到天空中的星星。