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2019年4月，包括中國等世界各國科學家和機構通力合作，終于獲得了首張黑洞照片。  黑洞是一個不容易理解的概念。黑洞究竟是什么？它既然看不見，連光都無法逃脫，人類又怎么能給它拍照呢？ youtube有一個很火的視頻，上傳者李永樂老師從伽利略、開普勒的望遠鏡講起，講到今天給黑洞拍照片的VLBI射電望遠鏡技術。如果你高中物理知識還沒忘光，看完這個20分鐘的短視頻就應該差不多弄清楚「給黑洞拍照」這件事兒了。  · 開始于2012年的EHT計劃（Event Horizen Telescope，事件視界望遠鏡），是一個以觀測星系中央特大質量黑洞為主要目標的計劃。這次的黑洞照片算是它的第一個重大發(fā)現。截圖來自youtube，上傳者李永樂老師。 或許大部分人僅僅是因為這次的版權風波才對黑洞產生好奇，但是了解它以后你會深深地為它背后的東西著迷。  專事于科普工作的NASA科學家金伯利·K.阿坎德在《NASA自然百科：認識宇宙》一書中，對黑洞給予了非常通俗易懂的全面解釋。 現僅售正版最低價110元，點擊下方圖片即可購買 ↓  要了解黑洞，先從恒星開始。恒星消亡時才有可能產生黑洞。在宇宙中，當巨大的氣體和塵埃云團坍塌時，其中央形成一個熱物質內核，恒星由此誕生，就像我們熟知的太陽，這個誕生過程相當漫長。沒有進入恒星核心的其他材料可能會變成行星、小行星和其他碎屑。我們的地球就是一顆行星。  · 這幅由藝術家創(chuàng)作的插圖展示了一顆巨大的幼年恒星被布滿塵埃的環(huán)緊密環(huán)繞的景象。 當這個為期數百萬年的誕生過程結束時，恒星就開始通過一種名為核聚變的過程燃燒，或者說發(fā)光。原子的核心被稱為原子核。核聚變是兩個原子的核心相聚或融合的過程。發(fā)生核聚變時，兩個原子核變成一個更重的原子核。與此同時，大量的能量會被釋放出來。 正是這個原子核碰撞并釋放能量的過程，為恒星提供了能量。當我們說一顆恒星在「燃燒」，指的就是這件事。在恒星整個生命的大部分時間里，這種燃燒過程涉及氫——宇宙中最輕也是最豐富的元素——聚變成氦的過程。我們的太陽現在就處于這個階段。 它當一顆恒星缺少用來在核心進行核聚變的氫時（我們的太陽在大約50億年內都不會出現這種情況），事情就變得更有意思了。隨著核心的氫燃燒殆盡，那里不再產生能量。這會導致核心的緩慢坍塌和升溫。 然而，核聚變的過程依然在持續(xù)，只是轉移到了仍然還有氫的部位。這意味著核聚變開始在核心之外富含氫的氣體層中發(fā)生，且在這個過程中為恒星提供能量。這時恒星進入天文學家所說的「紅巨星」階段。  · 這張由藝術家創(chuàng)作的插圖展示了一顆紅巨星的特寫，它被一個充滿塵埃和氣體的圓盤圍繞著，頂部和底部還有一對噴流。 當這一層的氫耗盡之后，紅巨星中的核聚變過程開始將新創(chuàng)造出的更重的氦原子加入進來。隨著核聚變過程沿著元素周期表不斷前進，這些發(fā)生融合的氦原子變成了更重的元素，直到產生碳。 如果恒星的大小不足以產生融化碳的高溫，恒星就會卡在這里。原子無法被聚變成新的原子，碳和氧開始在核心形成和聚集。隨著恒星的核心吸引越來越多的物質，它開始升溫。這會導致恒星的外層向外膨脹。 紅巨星階段并不總是一個平靜和連續(xù)的過程。相反，隨著核心中的核聚變開始像耗盡汽油的汽車一樣噴濺，這顆恒星就會開始不均勻地向外噴射物質。這一階段的恒星圖像被稱為「行星狀星云」。  · 螞蟻星云（Ant Nebula）擁有行星狀星云典型的雙極形狀。一顆類似太陽的恒星將自己的物質從外層噴射出去，直到核心暴露出來，釋放出照亮氣體的光。這張圖片結合了哈勃太空望遠鏡的可見光數據（綠色和紅色）以及錢德拉X射線天文臺的X射線數據（藍色）。 當太陽進入這個階段時——距離現在還有幾十億年，所以不要擔心它會膨脹。這里所講的膨脹不是膨脹一點，而是膨脹得非常厲害。實際上，天文學家推測當這件事發(fā)生時，太陽會向外膨脹得非常厲害，以至于吞沒太陽系的內行星：水星、金星，甚至地球。 然后，我們的太陽和它的同類恒星將繼續(xù)以紅巨星的狀態(tài)存在，直到再也沒有任何可以釋放的外層物質。留下來的將是一個密度很大的小型內核，天文學家稱之為白矮星。由于沒有可以用于燃燒的燃料，白矮星只能漂浮在太空中，散發(fā)著剩余的熱量。這個過程會持續(xù)幾十億年，然后在某個時刻，這顆恒星最終會從一塊滾燙的余燼變得冰冷黑暗。  · 這張插圖展示了一顆恒星在一生中可能的變化路徑，從一顆類似太陽的恒星（左下）變成紅巨星（中上）、行星狀星云（最右），最終成為一顆白矮星。 對于像我們的太陽一樣或者更小的恒星，變成白矮星的緩慢過程是它們漸進而平靜的命運，但是對于那些更大的恒星呢？簡而言之，它們不會安靜地走向死亡。那是因為它們的核聚變并沒有因碳核聚變而停止，它們會繼續(xù)這個過程，制造出越來越重的元素，直到鐵元素被制造出來。 當這顆恒星開始將鐵聚變在一起，它就遇到了大麻煩。這是因為當兩個鐵原子結合時，它們實際上吸收了能量，而不是像其他原子那樣釋放能量。這會引發(fā)失控的連鎖反應，導致恒星冷卻，壓力陡然下降。這最終將導致整顆恒星的戲劇性坍塌。 當這顆恒星坍塌到核心上時，它會反彈，將恒星的外層物質全部拋射到太空中去。天文學家將這種爆發(fā)稱為超新星爆發(fā)。超新星爆發(fā)釋放出的能量如此之大，以至于它們的光芒可以蓋過整個星系。考慮到一個星系含有數十億顆恒星，這就讓人覺得更了不起了。 當這些大質量恒星經歷超新星爆發(fā)時，仍然會留下恒星曾經的核心。然而，這個核心的密度現在更大了，因為核心的坍塌一直在繼續(xù)，直到所有電子和中子都被擠在一起，就像一群人正急于穿過出口卻無處可去一樣。這個被壓縮的天體被科學家稱為中子星，它的密度是如此之大，一湯匙中子星的重量就超過10億噸。  · IC443是一個超新星遺跡，里面鑲嵌著一顆中子星（圖片中下部較亮的藍色斑點）。這張合成圖片中有三種不同類型的光，包括X射線（藍色）、無線電波（綠色）和可見光（紅色）。 但是當一顆恒星的體積極為龐大時，它的命運會比壯麗的超新星爆發(fā)并創(chuàng)造出一顆中子星更加離奇。最大的恒星會繼續(xù)坍塌，直至形成一個黑洞。當一顆恒星坍塌成黑洞，沒有任何東西能夠從它身邊逃脫——甚至光也不能。我們之所以能了解這些極端天體的存在，是因為我們看到了黑洞周圍的物體以及黑洞通過它強大的引力對周圍環(huán)境所產生的影響。  · 數百年來，科學家們一直推測，某些恒星可能會坍塌變暗，它們的引力會變得極為強大，以至于沒有任何東西，就連光都不能從它們身邊逃脫。這些黑暗的恒星被稱為黑洞，如這幅圖所示。由于任何類型的光都無法從黑洞逃脫，我們無法直接觀察到它們的樣子。但是有一種方法可以找到它們，那就是使用能夠探測X射線的望遠鏡，尋找從旋轉向黑洞的熾熱氣旋中所散發(fā)出的高能輻射。 在很長一段時間里，黑洞一直被當作科幻小說的噱頭，但是天文學家有確鑿的證據表明它們確實存在。實際上，我們已經了解到許多關于黑洞的情況。黑洞在吞噬周圍物質的時候，會形成一個旋轉的吸積盤，旋向黑洞的大量物質會猛烈撞擊摩擦，散發(fā)出巨大的能量，這種能量電波可以為地球上的射電望遠鏡所捕捉。 但單個射電望遠鏡靈敏度和分辨率非常有限，很難探測。此次國際合作，就是通過全球多個射電天文臺的協(xié)作，構建一個口徑等同于地球直徑的「虛擬」望遠鏡，使其功能提高到足以拍攝銀河系中心的黑洞。  · 這張圖片描繪了一個由大質量恒星坍塌后所形成的恒星質量黑洞。這個黑洞將一顆大質量藍色伴星中的物質拽向自己。這些物質形成了一個圓盤（用紅色和橙色表示），圍繞黑洞旋轉，然后落入黑洞，或者以強勁噴流的形式重新定向，從黑洞噴發(fā)出去。 實際上，黑洞的確是看不見的，但我們可以通過它「吃東西」時發(fā)出的光，來獲得它的相貌。此次國際合作，收集的黑洞信息是M87，即室女座A星系，它距離地球約5500萬光年，質量約是太陽的65億倍。室女座是最大的黃道帶星座，與其他同類型的黑洞相比，我們可以更容易、更詳細地研究它。它將幫助解答人類對宇宙的疑惑，打開探索宇宙的新世界。 以上內容綜合整理自《NASA自然百科：認識宇宙》 現僅售正版最低價110元，點擊下方圖片即可購買 ↓ 說實話，雖然專業(yè)研究宇宙的人很少，但是每次與宇宙相關的熱點新聞都能叫大家感到激動興奮。 黑洞、外星文明、新的棲息地……我們其實活在一個極小的星球上，除了瑣碎的煩惱和千篇一律的生活之外，人類其實還有更棒的事——仰望星空。 事實上，當你真的意識到自己不僅僅是社會生物，還是宇宙生物時，很多煩惱就變得不那么難以化解了。豐富浩渺的天體知識、神秘無垠的探索空間……這些東西并不僅僅是讓你多一點知識，而是讓你「看」見別的。 就好像伽利略的望遠鏡不僅僅看見了太陽上的黑子，而且戳破了宗教對于天穹的完美想象。與此同時，對西方人世界觀的轉變有著不可磨滅的影響。 如果你想要的不只是漂亮圖片，但也讀不懂動輒艱深的天體物理學專著，《NASA 自然百科：認識宇宙》是最合適的選擇。它是介于天文圖冊和教科書之間的一本完美的旅行指南，是寫給千千萬萬普通大眾的宇宙通識課。 愿我們在知識中獲得一種心靈解放。 《NASA自然百科：認識宇宙》 NASA科學家給你的宇宙說明書 限時特價110元，點擊下方圖片即可購買 ↓ 從地球、太陽系、銀河系，到宇宙深處，跨越137億年，搜集了來自NASA哈勃、錢德拉和斯皮策三大太空望遠鏡多達220幅的全波段照片。這本書獲得了哈佛大學天文學教授阿莉莎·古德曼全力推薦。 推薦理由一 側重介紹宇宙全貌與現狀，而不是天文學原理 對于大多數非天文學專業(yè)的人來說，學習天文學知識并不是一件很有樂趣的事情，也很難堅持下去。在今天這個大太空時代，你雖不必懂天文學，但了解宇宙、認識宇宙卻是十分必要的。 《NASA自然百科：認識宇宙》就是這樣一本側重介紹宇宙全貌和現狀，而不是天文學原理的科普書。 比如，在本書中，我們不需要理解「紅移」原理究竟是什么，但能了解宇宙是膨脹的；不必懂得牛頓定律，但能了解科學家是根據牛頓定律來算天體質量，從而得出「暗物質」的存在結論。 本書的邏輯非常清晰，它抓住全景宇宙的主要脈絡，綱舉目張，用一本書把宇宙的整體概況和關鍵知識向我們介紹清楚。如果我們要游覽宇宙，那它就是我們的宇宙旅行指南：它從地球開始，再造訪月球和太陽，然后在太陽系的所有重要景點駐足。離開太陽系之后，再穿越銀河系，向宇宙更深處進發(fā)，與或遠或近的星系激情碰撞，體驗暗物質的引力效應，思索神秘的宇宙暗能量。 宇宙的原理與面貌被細細鋪展。 · 和恒星一樣，許多星系會在引力的作用下聚成一團。這個由四個星系構成的星系團，是希克森清單（Hickson catalog，該清單以20世紀80年代提出這個清單的加拿大天文學家的名字命名）中最明亮的。希克森致密星系群44（Hickson Compact Group 44）位于6000萬光年之外，使用質量不錯的業(yè)余望遠鏡就能看到。 它不僅讓我們了解宇宙全貌，并在各個主要節(jié)點，用人人能聽得懂的語言向我們介紹關鍵，章節(jié)后面，還設有主要知識點小結，用以加深印象。 推薦理由二 面向大眾，零基礎也得看得懂 本書采用的是通俗的寫法，用極簡的語言講述復雜的宇宙。即使是很難以理解的黑洞、暗物質和暗能量，也做了生動的解釋和描述。 我們來體驗下作者的通俗化寫作風格，她是這樣描述星系的： 黑洞既然看不見，我們又是如何發(fā)現黑洞的呢？ 數百年來，科學家們一直推測，某些恒星可能會坍塌變暗，它們的引力會變得極為強大，以至于沒有任何東西，就連光都不能從它們身邊逃脫。這些黑暗的恒星被稱為黑洞，如這幅圖所示。由于任何類型的光都無法從黑洞逃脫，我們無法直接觀察到它們的樣子。但是有一種方法可以找到它們，那就是使用能夠探測X射線的望遠鏡，尋找從旋轉向黑洞的熾熱氣旋中所散發(fā)出的高能輻射。 同樣，暗物質也是不發(fā)光，看不見，它又是如何被發(fā)現的呢？ 作者在書中也用簡單的語言解釋了神秘的暗能量：科學家們發(fā)現宇宙正在以越來越快的速度在膨脹，這種以越來越快的速度分裂宇宙的神秘力量被稱為「暗能量」，有人將它對宇宙的顯著效應將其稱為「反引力」。 推薦理由三 NASA專業(yè)的科普作家，25年沉淀之作 NASA不僅承擔美國宇宙探索的任務，也肩負面向大眾的科普任務。該書由NASA專門負責科普工作已有25年經驗的科學家金伯利·K. 阿坎德和梅甘·瓦茨克執(zhí)筆，用圖片和極簡的語言將深奧宇宙的全貌介紹給大眾，講清所有關鍵的宇宙知識點。 金伯利·K. 阿坎德和梅甘·瓦茨克是NASA久負盛名的科學家，兩人致力于將深奧的宇宙介紹給普通大眾，在一起合作超過 25 年。阿坎德是NASA錢德拉X射線天文臺可視化部門負責人，專業(yè)從事天文圖像及數據表達工作，并擔任對外媒體協(xié)調官。瓦茨克是該機構的新聞發(fā)言人，主要負責天文學的大眾科普工作。 兩人的專業(yè)工作就是將深奧的天文圖像和數據，用可理解的圖示和文字清晰地表達出來，并向大眾普及。 推薦理由四 NASA獨家全波段宇宙實拍照片 本書圖文并茂，采用了NASA哈勃、錢德拉和斯皮策三大望遠鏡220幅實拍照片，以及NASA其他太空飛行器和眾多地面望遠鏡的珍貴照片。這些照片用整個電磁波范圍描繪了完整的宇宙全景。 光是認識宇宙的重要工具。作者在書中還介紹的關于光和顏色的重要知識。不同顏色的光與溫度有什么關系？人類為什么需要這么多望遠鏡？那些宇宙照片顏色都是假的嗎？ · 物體散發(fā)出的輻射波的波長通常與其溫度相關。 · 我們需要用不同種類的望遠鏡觀看不同種類的光。這幅插圖展示了哪些種類的光會被地球的大氣層吸收。例如，X射線（右上方）會被大氣層阻擋，所以我們必須將航天器發(fā)射到相應高度的軌道上才能研究X射線。 · 這三張圖片展示了衛(wèi)星用三種不同類型的光觀看到的整個地球——（順時針方向）紫外線、可見光，以及紅外輻射。 推薦理由五 及時呈現最新宇宙研究與發(fā)現 《NASA自然百科：認識宇宙》呈現的是最新宇宙研究成果，有的一改我們之前的傳統(tǒng)認識。 我們對生命有了新的認識。過去人們通常認為，生命，包括地球之外的宇宙生命，只能在具備液態(tài)水、氧氣、適宜的溫度條件下才能生存，然而最新的科學研究發(fā)現，卻打破了這一認知局限，大大拓展了人們對地外生命的想象空間。 生命復雜多變的程度遠超出我們的想象，科學家也不應再按照地球的標準尋找地外生命。 · NASA在加利福尼亞州莫諾湖（Mono Lake）發(fā)現以砷（俗稱砒霜）為食的所謂「外星細菌」，改寫了生物教科書中對生命的通常定義 冥王星為什么不再歸為行星？作者指出，隨著對宇宙新的研究進展，人們發(fā)現在冥王星的軌道之外，發(fā)現了一條巨大的巖石帶，它可能包含數十萬個天體，被稱為柯伊伯帶（Kuiper Belt）。柯伊伯帶的運行軌道緊緊貼著冥王星。天文學家還在柯伊伯帶中發(fā)現了尺寸比冥王星還大而且和冥王星一樣靠近太陽的天體。所以這就產生了兩難的困境：如果將冥王星稱為行星，那就只能將 柯伊伯帶中的所有或部分天體也稱為「行星」。最終，冥王星被劃為矮行星。 推薦理由六 指出未解之謎，以及未來的探索方向 人類對宇宙的探索在不斷向前推進，認識得越多，發(fā)現所知的越少。這本書還指出了人類對宇宙尚未理解的部分和疑問。 137億年前的宇宙大爆炸之后，迅速膨脹為一具由氫和氦原子組成的超高溫的「海洋」，在這段時間里，有個時期被稱為「黑暗時代」，人類仍對此毫無所知。 · 這張圖片展示了宇宙從大爆炸開始的演化歷程。從左到右展示的自宇宙最早期直至現在的時間推進。科學家認為，第一批恒星是在大爆炸幾億年后形成的，第一批星系形成的時間也沒有晚太多，而我們的太陽系大約是在大爆炸90億年后形成的。 人類對于宇宙中「暗物質」和「暗能量」的了解也還非常地少。 · 宇宙大部分是黑暗的。在宇宙中，恒星、行星和我們人類在宇宙中的比重只是略高于4%，其余約96%的宇宙是由暗能量和暗物質組成的。 伽利略的望遠鏡讓星體不再完美；射電望遠鏡讓人類看見了黑洞。望遠鏡遠不止「看見」這一個作用，更多的，它改變了「看」的方式。 而《NASA自然百科：認識宇宙》就是一個給我們的望遠鏡。透過這個鏡筒，我們的樂趣不僅在于找到答案，還在于獲得一種視角：相信我，了解我們的宇宙后，你將更加了解人類。 |
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