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，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)生后進入黑洞視界的粒子無法在逃出黑洞，而創(chuàng)生后沒有進入黑洞視界的粒子則因為失去湮滅對象而有可能遠離黑洞。
這遠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，在強引力場與強磁場的共同作用下，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，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)生后進入黑洞視界的粒子無法在逃出黑洞，而創(chuàng)生后沒有進入黑洞視界的粒子則因為失去湮滅對象而有可能遠離黑洞。
這遠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，在強引力場與強磁場的共同作用下，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行驗證.”
5.如何觀測黑洞
斯皮策太空望遠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，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。”
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。
利用國際最先進的地面望遠鏡陣列，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研究員說，這是現(xiàn)有觀測條件下，確認銀河系中心存在該“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個射電望遠鏡組成的陣列，沈志強領(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大的引力場，這個強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），在尚未抵達其視界時，會釋放大量的勢能而輻射出強大的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?？墒歉鶕?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)出的光能直接到達地球，它朝其它方向發(fā)射的光也可能被附近的黑洞的強引力折射而能到達地球。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
