2觀測黑洞的方法(探測黑洞的方法)
1.探測黑洞的方法有哪些
黑洞目前還算是理論上的天體，因為還沒有人直接觀測到它。
但是科學(xué)界普遍相信黑洞的存在，因為越來越多的觀測證據(jù)間接的指向這一點。 證據(jù)一：吸積盤 黑洞是一類引力極大的天體，進(jìn)入黑洞視界（史瓦西半徑）的一切物體都無法逃出，包括光（電磁波）。
黑洞對于視界外的天體也有引力作用，速度不夠快的天體會在引力作用下落入視界內(nèi)。這些被吸進(jìn)的物質(zhì)就會形成可觀測得吸積盤。
吸積盤通常在在黑洞的赤道平面，這源于黑洞自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心效應(yīng)（可與地球、太陽等天體對比。地球、太陽等天體在自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心效應(yīng)的影響下呈現(xiàn)略扁的形狀）。
科學(xué)家已觀測到一些恒星的異常運動，就好像受到另一大質(zhì)量天體的吸引一樣，少部分更產(chǎn)生吸積盤的效應(yīng)，通常這只發(fā)生在雙星系統(tǒng)中。然而這些被觀測的天體并沒有發(fā)現(xiàn)存在伴星（雙星系統(tǒng)中的兩顆恒星互為伴星），經(jīng)推測，這很可能是因為伴星為黑洞。
證據(jù)二：霍金輻射 科學(xué)家曾探測到很強(qiáng)的射電輻射，然而卻如何也找不到射電源。經(jīng)推測，這射電源很可能是黑洞。
由量子物理可知，在能量中可以產(chǎn)生虛粒子對，一個正粒子，一個負(fù)粒子。通常情況下，在能量中創(chuàng)生的粒子對幾乎在瞬間就會相互湮滅，不會被觀測到。
但在黑洞問題的討論中就有些復(fù)雜。粒子對可在黑洞內(nèi)、黑洞外以及黑洞視界邊緣創(chuàng)生。
因為黑洞的引力強(qiáng)到連光也無法逃脫，所以在黑洞視界內(nèi)創(chuàng)生的粒子對無法逃出黑洞，會在黑洞內(nèi)湮滅。在黑洞外創(chuàng)生的粒子對，因離黑洞足夠遠(yuǎn)，不會被吸入黑洞，但會很快湮滅。
而在黑洞視界邊緣創(chuàng)生的粒子對就有可能不發(fā)生湮滅，只要它具有足夠的能量。創(chuàng)生后進(jìn)入黑洞視界的粒子無法在逃出黑洞，而創(chuàng)生后沒有進(jìn)入黑洞視界的粒子則因為失去湮滅對象而有可能遠(yuǎn)離黑洞。
這遠(yuǎn)離黑洞的粒子就是我們所觀測到的黑洞輻射（霍金輻射）。 證據(jù)三：粒子流噴射 粒子流噴射通常是大質(zhì)量天體產(chǎn)生的效應(yīng)。
引力場的大小與天體質(zhì)量呈正相關(guān)。大質(zhì)量天體可以吸引周圍物質(zhì)，使之加速向自己靠近。
在此過程中，天體的強(qiáng)大磁場會對帶電物質(zhì)產(chǎn)生集束效應(yīng)，使之集中于天體的兩極，就像地球上極光的成因一樣。集中于天體兩極的帶電物質(zhì)具有高速度，在強(qiáng)引力場與強(qiáng)磁場的共同作用下，帶電物質(zhì)就會形成噴流，方向沿兩極方向向外。
經(jīng)觀測，在星系的中心普遍存在著這樣的噴流，且強(qiáng)度非常大。然而，在星系中心的區(qū)域卻沒有觀測到相應(yīng)的大質(zhì)量天體。
有理由推測，這觀測不到的大質(zhì)量天體很可能就是黑洞，它是驅(qū)使整個星系運動的主要能量來源。 證據(jù)四：引力透鏡現(xiàn)象 引力可以使光轉(zhuǎn)向。
強(qiáng)引力天體吸引通過四周的光使其轉(zhuǎn)向集中，就像一個凸透鏡一樣。星系通常都會引起引力透鏡效應(yīng)，放大背景天區(qū)的天體。
在天文觀測中，引力透鏡效應(yīng)會對觀測結(jié)果產(chǎn)生很大影響。 曾經(jīng)有一位科學(xué)家宣稱自己找到了黑洞，證據(jù)就是在一次觀測中偶然發(fā)現(xiàn)了遙遠(yuǎn)天體的光線擾動現(xiàn)象。
該被觀測天體的影像在觀測中突然發(fā)生位移，數(shù)分鐘后又恢復(fù)到原位置。在這期間并沒有觀測到其他天體經(jīng)過觀測天區(qū)引起透鏡現(xiàn)象。
該位科學(xué)家認(rèn)為是一個黑洞的經(jīng)過引起了觀測上的變化。 以上四點是觀測黑洞常提到方法。
目前理論認(rèn)為，沒有什么可以穿越黑洞。任何落入黑洞視界范圍內(nèi)的物質(zhì)（包括射線、粒子流等）都無法逃出來。
2.探測黑洞的方法有哪些
黑洞目前還算是理論上的天體，因為還沒有人直接觀測到它。
但是科學(xué)界普遍相信黑洞的存在，因為越來越多的觀測證據(jù)間接的指向這一點。證據(jù)一：吸積盤 黑洞是一類引力極大的天體，進(jìn)入黑洞視界（史瓦西半徑）的一切物體都無法逃出，包括光（電磁波）。
黑洞對于視界外的天體也有引力作用，速度不夠快的天體會在引力作用下落入視界內(nèi)。這些被吸進(jìn)的物質(zhì)就會形成可觀測得吸積盤。
吸積盤通常在在黑洞的赤道平面，這源于黑洞自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心效應(yīng)（可與地球、太陽等天體對比。地球、太陽等天體在自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心效應(yīng)的影響下呈現(xiàn)略扁的形狀）。
科學(xué)家已觀測到一些恒星的異常運動，就好像受到另一大質(zhì)量天體的吸引一樣，少部分更產(chǎn)生吸積盤的效應(yīng)，通常這只發(fā)生在雙星系統(tǒng)中。然而這些被觀測的天體并沒有發(fā)現(xiàn)存在伴星（雙星系統(tǒng)中的兩顆恒星互為伴星），經(jīng)推測，這很可能是因為伴星為黑洞。
證據(jù)二：霍金輻射 科學(xué)家曾探測到很強(qiáng)的射電輻射，然而卻如何也找不到射電源。經(jīng)推測，這射電源很可能是黑洞。
由量子物理可知，在能量中可以產(chǎn)生虛粒子對，一個正粒子，一個負(fù)粒子。通常情況下，在能量中創(chuàng)生的粒子對幾乎在瞬間就會相互湮滅，不會被觀測到。
但在黑洞問題的討論中就有些復(fù)雜。粒子對可在黑洞內(nèi)、黑洞外以及黑洞視界邊緣創(chuàng)生。
因為黑洞的引力強(qiáng)到連光也無法逃脫，所以在黑洞視界內(nèi)創(chuàng)生的粒子對無法逃出黑洞，會在黑洞內(nèi)湮滅。在黑洞外創(chuàng)生的粒子對，因離黑洞足夠遠(yuǎn)，不會被吸入黑洞，但會很快湮滅。
而在黑洞視界邊緣創(chuàng)生的粒子對就有可能不發(fā)生湮滅，只要它具有足夠的能量。創(chuàng)生后進(jìn)入黑洞視界的粒子無法在逃出黑洞，而創(chuàng)生后沒有進(jìn)入黑洞視界的粒子則因為失去湮滅對象而有可能遠(yuǎn)離黑洞。
這遠(yuǎn)離黑洞的粒子就是我們所觀測到的黑洞輻射（霍金輻射）。證據(jù)三：粒子流噴射 粒子流噴射通常是大質(zhì)量天體產(chǎn)生的效應(yīng)。
引力場的大小與天體質(zhì)量呈正相關(guān)。大質(zhì)量天體可以吸引周圍物質(zhì)，使之加速向自己靠近。
在此過程中，天體的強(qiáng)大磁場會對帶電物質(zhì)產(chǎn)生集束效應(yīng)，使之集中于天體的兩極，就像地球上極光的成因一樣。集中于天體兩極的帶電物質(zhì)具有高速度，在強(qiáng)引力場與強(qiáng)磁場的共同作用下，帶電物質(zhì)就會形成噴流，方向沿兩極方向向外。
經(jīng)觀測，在星系的中心普遍存在著這樣的噴流，且強(qiáng)度非常大。然而，在星系中心的區(qū)域卻沒有觀測到相應(yīng)的大質(zhì)量天體。
有理由推測，這觀測不到的大質(zhì)量天體很可能就是黑洞，它是驅(qū)使整個星系運動的主要能量來源。證據(jù)四：引力透鏡現(xiàn)象 引力可以使光轉(zhuǎn)向。
強(qiáng)引力天體吸引通過四周的光使其轉(zhuǎn)向集中，就像一個凸透鏡一樣。星系通常都會引起引力透鏡效應(yīng)，放大背景天區(qū)的天體。
在天文觀測中，引力透鏡效應(yīng)會對觀測結(jié)果產(chǎn)生很大影響。 曾經(jīng)有一位科學(xué)家宣稱自己找到了黑洞，證據(jù)就是在一次觀測中偶然發(fā)現(xiàn)了遙遠(yuǎn)天體的光線擾動現(xiàn)象。
該被觀測天體的影像在觀測中突然發(fā)生位移，數(shù)分鐘后又恢復(fù)到原位置。在這期間并沒有觀測到其他天體經(jīng)過觀測天區(qū)引起透鏡現(xiàn)象。
該位科學(xué)家認(rèn)為是一個黑洞的經(jīng)過引起了觀測上的變化。以上四點是觀測黑洞常提到方法。
目前理論認(rèn)為，沒有什么可以穿越黑洞。任何落入黑洞視界范圍內(nèi)的物質(zhì)（包括射線、粒子流等）都無法逃出來。
3.探測黑洞有幾種方法
黑洞目前還算是理論上的天體，因為還沒有人直接觀測到它。
但是科學(xué)界普遍相信黑洞的存在，因為越來越多的觀測證據(jù)間接的指向這一點。 證據(jù)一：吸積盤 黑洞是一類引力極大的天體，進(jìn)入黑洞視界（史瓦西半徑）的一切物體都無法逃出，包括光（電磁波）。
黑洞對于視界外的天體也有引力作用，速度不夠快的天體會在引力作用下落入視界內(nèi)。這些被吸進(jìn)的物質(zhì)就會形成可觀測得吸積盤。
吸積盤通常在在黑洞的赤道平面，這源于黑洞自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心效應(yīng)（可與地球、太陽等天體對比。證據(jù)二：霍金輻射 。
科學(xué)家曾探測到很強(qiáng)的射電輻射，然而卻如何也找不到射電源。經(jīng)推測，這射電源很可能是黑洞。
由量子物理可知，在能量中可以產(chǎn)生虛粒子對，一個正粒子，一個負(fù)粒子。 證據(jù)三：粒子流噴射 粒子流噴射通常是大質(zhì)量天體產(chǎn)生的效應(yīng)。
引力場的大小與天體質(zhì)量呈正相關(guān)。大質(zhì)量天體可以吸引周圍物質(zhì)，使之加速向自己靠近。
證據(jù)四：引力透鏡現(xiàn)象 引力可以使光轉(zhuǎn)向。強(qiáng)引力天體吸引通過四周的光使其轉(zhuǎn)向集中，就像一個凸透鏡一樣。
星系通常都會引起引力透鏡 以上四點是觀測黑洞常提到方法。 目前理論認(rèn)為，沒有什么可以穿越黑洞。
任何落入黑洞視界范圍內(nèi)的物質(zhì)（包括射線、粒子流等）都無法逃出來。
4.發(fā)現(xiàn)黑洞的方法有哪些
德國的天文學(xué)家們說，他們差不多已經(jīng)證實在銀河系的中心有一個巨大的黑洞。
慕尼黑附近的馬克斯.普朗克太空物理學(xué)研究所的賴因哈德.根策爾說，他仍對有絕對的證據(jù)表明黑洞存在的說法持審慎態(tài)度。他對記者說，“但是這種審慎態(tài)度得到了迄今存在的最好的證據(jù)的支持?！?/p>
在過去的20年中越來越多的證據(jù)表明一個巨大黑洞的存在，這是一個能夠把物質(zhì)吸過去的物體，它的密度很大，連光都無法逃逸。
發(fā)現(xiàn)黑洞的唯一手段是觀察它對其他物體的重力效應(yīng)。環(huán)繞銀河系中心運轉(zhuǎn)的恒星的瞄準(zhǔn)線矢量可以說明黑洞的存在，但沒用證據(jù)來證實這一點。自1992年起，馬克斯.普朗克研究所的科學(xué)家們在同瞄準(zhǔn)線矢量成直角時測定了銀河系39顆恒星的“適當(dāng)”運動。他們在《自然》雜志上公布了這一消息。
他們的觀測結(jié)果證實了恒星在圓形軌道上圍繞質(zhì)量很大帶有萬有引力的中心物質(zhì)運動的假說。如果這些軌道是不規(guī)則的，那么這塊中心物質(zhì)就會小得多。根策爾說不，“這些測量的獨特之處在于：我們能夠如此接近中心物體并測試這些恒星的矢量?！?/p>
研究表明，這個中心暗物質(zhì)的質(zhì)量比太陽大250萬倍。他說，“我為什么對于有絕對證據(jù)的說法猶豫不定呢這是因為在我們做進(jìn)一步研究之前，我們要讓全世界的同行們都知道這一消息并對它進(jìn)行驗證.”
5.如何觀測黑洞
斯皮策太空望遠(yuǎn)鏡捕捉到的宇宙中隱藏黑洞的圖片，其中黃色亮點表示一個內(nèi)含“類星體”黑洞的遙遠(yuǎn)星系，它的外圍被一層宇宙氣體塵埃緊密環(huán)繞。
近日國際天文學(xué)家通過美國宇航局斯皮策太空望遠(yuǎn)鏡的一項最新觀測結(jié)果，在宇宙中某一狹窄區(qū)域范圍內(nèi)，首次同時發(fā)現(xiàn)了多達(dá)21處卻一直深度隱藏著的宇宙“類星體”黑洞群。 這一重大發(fā)現(xiàn)第一次從正面證實了多年來天文學(xué)領(lǐng)域有關(guān)宇宙中有數(shù)目眾多的隱身黑洞廣泛存在的推測。
充分的證據(jù)使人們相信，在浩瀚的宇宙中，的確充滿著各種各樣未被發(fā)現(xiàn)的巨大引力源泉--"類星體"黑洞群體。有關(guān)該項最新發(fā)現(xiàn)的詳細(xì)內(nèi)容，研究人員已撰文正式刊登在了2005年8月4日出版的《自然》雜志中。
“深藏不露”的類星體 我們知道在現(xiàn)實中的宇宙黑洞，由于其巨大的引力作用，連光線都被緊密吸引束縛，因而無法被人們直接觀測發(fā)現(xiàn)。為確定黑洞天體存在的證據(jù)，天文學(xué)家通過研究發(fā)現(xiàn)，在黑洞周圍的物質(zhì)行為具有其特定行為：在黑洞周圍的宇宙空間中，氣體物質(zhì)具有超高的溫度，并且在被黑洞強(qiáng)大引力場吸引劇烈加速后，這些物質(zhì)在徹底消失之前均會被提升到接近光速。
而當(dāng)氣體物質(zhì)被黑洞徹底吞噬后，整個過程都會釋放出大量的X-射線。通常正是這些逃逸出來的X-射線，顯示出此處有黑洞確實存在的跡象。
這便是以往人們發(fā)現(xiàn)黑洞的最直接證據(jù)。 而另一方面，在一些格外活躍的超大型宇宙黑洞周圍，由于其對周邊物質(zhì)劇烈的吸引和吞噬行為，還會在黑洞星體外圍產(chǎn)生一層厚重的宇宙氣體和塵埃云層，這便進(jìn)一步增大了對黑洞體附近區(qū)域的觀測難度，阻礙了天文學(xué)家對這些超大黑洞存在的發(fā)現(xiàn)工作。
天文學(xué)上將這些極度活躍的黑洞定義為"類星體"。普通情況下，一個類星體平均一年總共吞噬的物質(zhì)質(zhì)量，相當(dāng)于1000個中等恒星質(zhì)量的總和。
一般情況下，這些類星體距離太陽系都非常遙遠(yuǎn)，當(dāng)我們觀測到他們時已經(jīng)是億萬年以后的現(xiàn)在，這說明此類黑洞的活動出現(xiàn)在宇宙誕生初期。科學(xué)家推定，這種黑洞正是在成長壯大中的宇宙星系前身，所以將其命名為"類星體"。
到目前為止，只有為數(shù)不多的幾個"類星體"黑洞被發(fā)現(xiàn)，在浩瀚的宇宙深處，是否還有數(shù)量眾多的其它類星體存在，仍有待人們進(jìn)一步去發(fā)現(xiàn)，而天文學(xué)家在該領(lǐng)域的研究工作則完全依靠對宇宙內(nèi)部X-射線的全面觀測研究來予以證實。 “充滿”了黑洞的宇宙 近日，來自英國牛津大學(xué)的阿里耶-馬丁內(nèi)茲-圣辛格教授在介紹其首次對宇宙間隱藏黑洞的發(fā)現(xiàn)時說，"從以往對宇宙X-射線的觀察研究中，本希望能找到宇宙中大量隱藏類星體存在的證據(jù)，但結(jié)果確都不盡如人意，令人失望。
"而近日根據(jù)美國宇航局NASA的斯皮策太空望遠(yuǎn)鏡（Spitzer Space Telescope）的最新觀察結(jié)果，天文學(xué)家則成功穿透了遮蔽類星體黑洞的外圍宇宙塵埃云層，捕捉到了其中一直暗藏不露的內(nèi)部黑洞體。由于斯皮策太空望遠(yuǎn)鏡能夠有效收集能穿透宇宙塵埃層的紅外光線，使得研究人員順利地在一個非常狹窄的宇宙空間區(qū)域內(nèi)，同時發(fā)現(xiàn)了數(shù)量多達(dá)21個早已存在卻又"隱藏不露"的類星體黑洞群。
來自美國加州理工大學(xué)斯皮策科學(xué)中心的研究小組成員馬克-雷斯在接受媒體訪問時同時也表示，“如果我們拋開此次發(fā)現(xiàn)的21個宇宙類星體黑洞，放眼宇宙中的其它任何區(qū)域，我們完全可以大膽預(yù)測，必將有數(shù)量眾多隱藏著的黑洞將會被陸續(xù)發(fā)現(xiàn)。這意味著，一如我們原先推測的那樣，在不為人知的宇宙深處，一定有數(shù)量眾多、質(zhì)量超大的黑洞巨無霸，正借助著星際塵埃的隱蔽，在暗地里不斷發(fā)展壯大著?！?/p>
黑洞模擬圖片 上?？茖W(xué)家率國際小組拍攝到高分辨率“射電照片” 在我們生活的銀河系中心位置，藏匿著一個人肉眼無法看見的“超級黑洞”：它的直徑與地球相當(dāng)，質(zhì)量卻至少是太陽的40萬倍。它“吞噬”周圍的所有物質(zhì)，連光也無法逃逸出去。
利用國際最先進(jìn)的地面望遠(yuǎn)鏡陣列，上?？茖W(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的一個國際小組成功拍攝到了迄今為止最接近該黑洞的“射電照片”。 今天出版的英國《自然》雜志刊登了這一重大成果，并專門配發(fā)了評論。
主持此項工作的中科院上海天文臺沈志強(qiáng)研究員說，這是現(xiàn)有觀測條件下，確認(rèn)銀河系中心存在該“超級黑洞”的最令人信服的證據(jù)。這個黑洞位于人馬座方向，距地球約26000光年。
據(jù)悉，早在上世紀(jì)30年代，天文學(xué)家就從理論上預(yù)言了黑洞存在，但由于它本身不發(fā)光，因此，如何從觀測上證實黑洞成為現(xiàn)代天體物理學(xué)最具挑戰(zhàn)性的課題之一。近幾年來，包括“哈勃”等空間和地面大型望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)遴選出許多“候選黑洞”，其中離我們最近的銀河系人馬座目標(biāo)是各國天文學(xué)家競相研究的熱點。
從1997年開始，利用位于北半球10個射電望遠(yuǎn)鏡組成的陣列，沈志強(qiáng)領(lǐng)導(dǎo)的國際小組展開大量觀測，并用新方法不斷提高觀測精度。在5年中，無線電波的“視線”一步步接近該黑洞，最終獲得了世界上第一張3.5毫米波長的高分辨率圖像。
“這是人類第一次看到距離黑洞中心如此近的區(qū)域，確實令人興奮”，沈志強(qiáng)說。通過觀測，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，這個“超級黑洞”不僅質(zhì)量極大、體積極小，且密度也十分驚人，比現(xiàn)有的“候選黑洞”密度要大。
6.人類是怎樣觀測到黑洞的
觀測黑洞的方法 黑洞是一種奇異的天體。
“黑”字表明它不向外界發(fā)光，因此我們無法看到它；“洞”則意味著任何東西，包括光線一旦進(jìn)入其邊界就無法逃脫它的吸引，它活像一個有魔力的無底洞。黑洞之所以如此，是由于它具有極其強(qiáng)大的引力場，這個強(qiáng)大的引力場足以摧毀其內(nèi)部的一切物質(zhì)，掃去了一切復(fù)雜的物質(zhì)結(jié)構(gòu)，刮去了“毛發(fā)”，使結(jié)構(gòu)極為簡單，只剩下了它的質(zhì)量、電荷及角動量，知道了這三個參量，也就知道了它的一切。
這就是著名的“黑洞無毛定理”。 黑洞雖然不能直接被觀測到，但其強(qiáng)大的引力場卻能影響到其周圍天體的運動，或者其引力對路過旁側(cè)的光線具有類似透鏡的彎曲作用——引力透鏡效應(yīng)（圖3-4），這些都會留下供我們推測的“蛛絲馬跡”。
還有，物質(zhì)被吸引而落向黑洞（圖3-5），在尚未抵達(dá)其視界時，會釋放大量的勢能而輻射出強(qiáng)大的X射線或 γ 射線來，所以這些高能輻射也是搜索黑洞的重要線索。人們就是應(yīng)用這些間接的方法觀測或推測黑洞的，下面就是一些重要的發(fā)現(xiàn)。
在介紹觀測到的可能是黑洞的星體之前，先來介紹一下探測黑洞常用到的“X射線天文學(xué)”的知識。
7.為什么說人類無法直接觀測黑洞
因為黑洞有隱身術(shù)！
黑洞有“隱身術(shù)”，人們無法直接觀察到它，連科學(xué)家都只能對它內(nèi)部結(jié)構(gòu)提出各種猜想。那么，黑洞是怎么把自己隱藏起來的呢？答案就是——彎曲的空間。我們都知道，光是沿直線傳播的。這是一個最基本的常識。可是根據(jù)廣義相對論，空間會在引力場作用下彎曲。這時候，光雖然仍然沿任意兩點間的最短距離傳播，但走的已經(jīng)不是直線，而是曲線。形象地講，好像光本來是要走直線的，只不過強(qiáng)大的引力把它拉得偏離了原來的方向。
在地球上，由于引力場作用很小，這種彎曲是微乎其微的。而在黑洞周圍，空間的這種變形非常大。這樣，即使是被黑洞擋著的恒星發(fā)出的光，雖然有一部分會落入黑洞中消失，可另一部分光線會通過彎曲的空間中繞過黑洞而到達(dá)地球。所以，我們可以毫不費力地觀察到黑洞背面的星空，就像黑洞不存在一樣，這就是黑洞的隱身術(shù)。
更有趣的是，有些恒星不僅是朝著地球發(fā)出的光能直接到達(dá)地球，它朝其它方向發(fā)射的光也可能被附近的黑洞的強(qiáng)引力折射而能到達(dá)地球。這樣我們不僅能看見這顆恒星的“臉”，還同時看到它的側(cè)面、甚至后背！
這就是黑洞的隱身術(shù)！
希望我的回答你給你帶來幫助
