NASA科学家：黑洞既然看不见，首张照片又是怎么拍的？

2019年4月，包括中国等世界各国科学家和机构通力合作，终于获得了首张黑洞照片。

黑洞是一个不容易理解的概念。黑洞究竟是什么？它既然看不见，连光都无法逃脱，人类又怎么能给它拍照呢？专事于科普工作的NASA科学家金伯利·K.阿坎德在她的新作《NASA自然百科：认识宇宙》中，对黑洞给予了非常通俗易懂的全面解释。

《NASA自然百科：认识宇宙》

NASA科学家写给大众的宇宙通识课！

深奥宇宙的极简说明书！

从地球、太阳系、银河系，到宇宙深处，

跨越137亿年的宇宙旅行指南！

NASA哈勃、钱德拉和斯皮策三大太空望远镜220幅全波段照片！

哈佛大学天文学教授阿莉莎·古德曼倾情推荐！

简单展示一下“黑洞”的形成经历的几个过程。

要了解黑洞，先从恒星开始。恒星消亡时才产生黑洞。

在宇宙中，当巨大的气体和尘埃云团坍塌时，其中央形成一个热物质内核，

恒星由此诞生。

这幅由艺术家创作的插图展示了一颗巨大的幼年恒星被布满尘埃的环紧密环绕的景象。

天文学家所说的“红巨星”阶段。

这张由艺术家创作的插图展示了一颗红巨星的特写，它被一个充满尘埃和气体的圆盘围绕着，顶部和底部还有一对喷流。

“行星状星云”

蚂蚁星云（Ant Nebula）拥有行星状星云典型的双极形状。一颗类似太阳的恒星将自己的物质从外层喷射出去，直到核心暴露出来，释放出照亮气体的光。这张图片结合了哈勃太空望远镜的可见光数据（绿色和红色）以及钱德拉X射线天文台的X射线数据（蓝色）。

白矮星

这张插图展示了一颗恒星在一生中可能的变化路径，从一颗类似太阳的恒星（左下）变成红巨星（中上）、行星状星云（最右），最终成为一颗白矮星。

超新星爆发→留下恒星曾经核心→核心坍塌持续

↓

中子星

一汤匙中子星的重量就超过10亿吨

IC443是一个超新星遗迹，里面镶嵌着一颗中子星（图片中下部较亮的蓝色斑点）。这张合成图片中有三种不同类型的光，包括X射线（蓝色）、无线电波（绿色）和可见光（红色）。

但是当一颗恒星的体积极为庞大时，它的命运会比壮丽的超新星爆发并创造出一颗中子星更加离奇。最大的恒星会继续坍塌，直至形成一个黑洞。当一颗恒星坍塌成黑洞，没有任何东西能够从它身边逃脱——甚至光也不能。

我们之所以能了解这些极端天体的存在，是因为我们看到了黑洞周围的物体以及黑洞通过它强大的引力对周围环境所产生的影响。

数百年来，科学家们一直推测，某些恒星可能会坍塌变暗，它们的引力会变得极为强大，以至于没有任何东西，就连光都不能从它们身边逃脱。这些黑暗的恒星被称为黑洞，如这幅图所示。由于任何类型的光都无法从黑洞逃脱，我们无法直接观察到它们的样子。但是有一种方法可以找到它们，那就是使用能够探测X射线的望远镜，寻找从旋转向黑洞的炽热气旋中所散发出的高能辐射。

在很长一段时间里，黑洞一直被当作科幻小说的噱头，但是天文学家有确凿的证据表明它们确实存在。实际上，我们已经了解到许多关于黑洞的情况。黑洞在吞噬周围物质的时候，会形成一个旋转的吸积盘，旋向黑洞的大量物质会猛烈撞击摩擦，散发出巨大的能量，这种能量电波可以为地球上的射电望远镜所捕捉。

但单个射电望远镜灵敏度和分辨率非常有限，很难探测。此次国际合作，就是通过全球多个射电天文台的协作，构建一个口径等同于地球直径的“虚拟”望远镜，使其功能提高到足以拍摄银河系中心的黑洞。

这张图片描绘了一个由大质量恒星坍塌后所形成的恒星质量黑洞。这个黑洞将一颗大质量蓝色伴星中的物质拽向自己。这些物质形成了一个圆盘（用红色和橙色表示），围绕黑洞旋转，然后落入黑洞，或者以强劲喷流的形式重新定向，从黑洞喷发出去。

实际上，黑洞的确是看不见的，但我们可以通过它“吃东西”时发出的光，来获得它的相貌。此次国际合作，收集的黑洞信息是M87，即室女座A星系，它距离地球约5500万光年，质量约是太阳的65亿倍。室女座是最大的黄道带星座，与其他同类型的黑洞相比，我们可以更容易、更详细地研究它。它将帮助解答人类对宇宙的疑惑，打开探索宇宙的新世界。

尝试理解宇宙是我们人类能够做的最棒的事情之一。如果你想要的不只是漂亮图片，但也不想去读艰深的天体物理学专著，《NASA 自然百科：认识宇宙》就是最合适的选择。它是介于天文图册和教科书之间的一本完美的旅行指南。

推荐理由一

侧重介绍宇宙全貌与现状，而不是天文学原理

对于大多数非天文学专业的人来说，学习天文学知识并不是一件很有乐趣的事情，也很难坚持下去，但今天这个大太空时代，你不必懂天文学，但了解宇宙、认识宇宙是十分必要的。

《NASA自然百科：认识宇宙》就是这样一本侧重介绍宇宙全貌和现状，而不是天文学原理的科普书。比如，在本书中，我们不需要理解“红移”原理究竟是什么，但能了解宇宙是膨胀的；不必懂得牛顿定律，但能了解科学家是根据牛顿定律来算天体质量，从而得出“暗物质”的存在结论。

本书的逻辑非常清晰，它抓住全景宇宙的主要脉络，纲举目张，用一本书把宇宙的整体概况和关键知识向我们介绍清楚。如果我们要游览宇宙，那它就是我们的宇宙旅行指南。它从地球开始，再造访月球和太阳，然后在太阳系的所有重要景点驻足。离开太阳系之后，再穿越银河系，向宇宙更深处进发，与或远或近的星系激情碰撞，体验暗物质的引力效应，思索神秘的宇宙暗能量。

和恒星一样，许多星系会在引力的作用下聚成一团。这个由四个星系构成的星系团，是希克森清单（Hickson catalog，该清单以20世纪80年代提出这个清单的加拿大天文学家的名字命名）中最明亮的。希克森致密星系群44（Hickson Compact Group 44）位于6000万光年之外，使用质量不错的业余望远镜就能看到。

它不仅让我们了解宇宙全貌，并在各个主要节点，用人人能听得懂的语言向我们介绍关键的知识点。章节后面，还设有主要知识点小结，用以加深印象。

推荐理由二

面向大众，零基础也得看得懂

本书采用的是通俗的写法，用极简的语言讲述复杂的宇宙，但对关键的知识点，即使是很难以理解的黑洞、暗物质和暗能量，也做了生动的解释和描述。

我们来体验下作者的通俗化写作风格，她是这样描述星系的：

黑洞既然看不见，我们又是如何发现黑洞的呢？

同样，暗物质也是不发光，看不见，它又是如何被发现的呢？

作者在书中也用简单的语言解释了神秘的暗能量：科学家们发现宇宙正在以越来越快的速度在膨胀，这种以越来越快的速度分裂宇宙的神秘力量被称为“暗能量”，有人将它对宇宙的显著效应将其称为“反引力”。

推荐理由三

NASA专业的科普作家，25年沉淀之作

NASA不仅承担美国宇宙探索的任务，也肩负面向大众的科普任务。该书由NASA专门负责科普工作已有25年经验的科学家金伯利·K. 阿坎德和梅甘·瓦茨克执笔，用图片和极简的语言将深奥宇宙的全貌介绍给大众，讲清所有关键知识点！

金伯利·K. 阿坎德和梅甘·瓦茨克是NASA久负盛名的科学家，两人致力于将深奥的宇宙介绍给普通大众，在一起合作超过 25 年。阿坎德是NASA钱德拉X射线天文台可视化部门负责人，专业从事天文图像及数据表达工作，并担任对外媒体协调官。瓦茨克是该机构的新闻发言人，主要负责天文学的大众科普工作。

两人的专业工作就是将深奥的天文图像和数据，用可理解的图示和文字清晰地表达出来，并向大众普及。

推荐理由四

NASA独家全波段宇宙实拍照片

本书图文并茂，采用了NASA哈勃、钱德拉和斯皮策三大望远镜220幅实拍照片，以及NASA其他太空飞行器和众多地面望远镜的珍贵照片。这些照片用整个电磁波范围描绘了完整的宇宙全景。

光是认识宇宙的重要工具。作者在书中还介绍的关于光和颜色的重要知识。不同颜色的光与温度有什么关系？人类为什么需要这么多望远镜？那些宇宙照片颜色都是假的吗？

物体散发出的辐射波的波长通常与其温度相关。

我们需要用不同种类的望远镜观看不同种类的光。这幅插图展示了哪些种类的光会被地球的大气层吸收。例如，X射线（右上方）会被大气层阻挡，所以我们必须将航天器发射到相应高度的轨道上才能研究X射线。

这三张图片展示了卫星用三种不同类型的光观看到的整个地球——（顺时针方向）紫外线、可见光，以及红外辐射。

推荐理由五

及时呈现最新宇宙研究与发现

《NASA自然百科：认识宇宙》呈现的是最新宇宙研究成果，有的一改我们之前的传统认识。我们对生命有了新的认识，过去人们通常认为，生命，包括地球之外的宇宙生命，只能在具备液态水、氧气、适宜的温度条件下才能生存，然而最新的科学研究发现，却打破了这一认知局限，大大拓展了人们对地外生命的想象空间。生命复杂多变的程度远超出我们的想象，科学家在探索地外生命时也不应再按照地球的标准寻找新生命。

NASA在加利福尼亚州莫诺湖（Mono Lake）发现以砷（俗称砒霜）为食的所谓“外星细菌”，改写了生物教科书中对生命的通常定义

冥王星为什么不再归为行星？作者指出，随着对宇宙新的研究进展，人们发现在冥王星的轨道之外，发现了一条巨大的岩石带，它可能包含数十万个天体，被称为柯伊伯带（Kuiper Belt）。柯伊伯带的运行轨道紧紧贴着冥王星。天文学家还在柯伊伯带中发现了尺寸比冥王星还大而且和冥王星一样靠近太阳的天体。所以这就产生了两难的困境：如果将冥王星称为行星，那就只能将 柯伊伯带中的所有或部分天体也称为“行星”。最终，冥王星被划为矮行星。

推荐理由六

指出未解之谜，以及未来的探索方向

人类对宇宙的探索在不断向前推进，认识得越多，发现所知的越少。这本书还指出了人类对宇宙尚未理解的部分和疑问。137亿年前的宇宙大爆炸之后，迅速膨胀为一具由氢和氦原子组成的超高温的“海洋”，在这段时间里，有个时期被称为“黑暗时代”，人类仍对此毫无所知。

这张图片展示了宇宙从大爆炸开始的演化历程。从左到右展示的自宇宙最早期直至现在的时间推进。科学家认为，第一批恒星是在大爆炸几亿年后形成的，第一批星系形成的时间也没有晚太多，而我们的太阳系大约是在大爆炸90亿年后形成的。

人类对于宇宙中“暗物质”和“暗能量”的了解也还非常地少。

宇宙大部分是黑暗的。在宇宙中，恒星、行星和我们人类在宇宙中的比重只是略高于4%，其余约96%的宇宙是由暗能量和暗物质组成的。

作者认为，探索宇宙的乐趣不仅在于找到答案，还在于揭示新的问题。《NASA自然百科：认识宇宙》涵盖了宇宙中关键的探索地点和事物，辅以最新的发现，呈现了宇宙全景，启发好奇心与探索热情，将引导我们继续向浩瀚的宇宙进发，不断前行。

介绍完毕，这就是一本

高大上必剁得镇家之宝