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黑洞之旅_(德)海诺·法尔克,(德)约尔格·罗梅尔著;闫文驰译(8 可以拍到黑洞) 第(2/2)页

如果对3C273和3C279这样的明亮类星体进行观测并作为校准源,VLBI甚至可以用来校正原子钟或精确测量望远镜的位置。使用这种方法,大地测量员可以发现地球表面的变化。例如,大陆板块之间距离的不同(美洲和欧洲每年多分开几厘米)。夏威夷的所有望远镜都在莫纳克亚山上,这里是世界上所有测量点中移动最快的地方,以每年近10厘米的速度向亚洲飞奔。自冰河时代结束后,由于冰块的融化,斯堪的纳维亚半岛一直在上升。甚至科隆大教堂每天都会因潮汐而上下摇摆约35厘米。幸运的是,这种情况在各地都是均匀发生的,否则教堂的塔楼早就倒在我们头上了。我们的地球望远镜在晃动!

地球的轴线也会摆动:地球就像一个生鸡蛋,其旋转轴会因内部不平衡而发生轻微的移动。其他行星对地球的拉扯也会导致地球两极的晃动,幅度达数百米。来回流动的海洋和在大气层中围绕地球移动的气团也对地轴的摆动有所贡献。这些因素导致南北极每年偏移几米,而且没有办法预测它们确切的变化。确实,许多位置是可以使用GPS测量的,但其他行星的拉扯也会使GPS卫星抖动。我们在宇宙空间的绝对位置只能通过VLBI测量,也因此,我们需要望远镜的确切位置。

用VLBI网络可以实现的图像分辨率[137],由公式

图像分辨率=λ/D

计算。图像分辨率即以角度计量单位表示的图像像素大小。它等于射电辐射的波长λ除以望远镜间的最大距离D。分辨率的数值越小,能分辨出的物体就越小。当观测波长为1.3毫米,并且使用地球12700千米的直径作为基线时,得到的最佳分辨率为20微角秒,大约相当于从科隆去看放在纽约的半颗芥菜籽的大小。如果按照当时的估测,假设人马座A*的质量为250万个太阳质量,那么就可以计算出它的事件视界直径为1500万千米,比太阳直径的10倍还多。然而,由于位于银河系的中心,我们看到的它的大小只相当于四分之一粒纽约的芥菜籽,也就是12微角秒。即使是对一个横跨整个地球的望远镜来说,这个尺度也还是太小了。

而在我看来,甚至这一估计也还算是乐观的,因为当一个黑洞以最大的、接近光速的速度旋转时,事件视界又缩小为原来的一半。通常相信,每个黑洞都或多或少地旋转着,就像每颗恒星和行星一样。这岂不是使黑洞看起来更小了吗?

20世纪90年代中期一个阴沉的下午,我坐在波恩的大学图书馆里,竭力思考这一切。在阅读时,我偶然发现了詹姆斯·巴丁(JamesBardeen)的一篇小文章。早在1973年,这位美国天体物理学家就曾探讨过,如果一个小黑洞从一颗遥远的恒星前面经过会是什么样子。在当时,这仍然是一个纯粹的学术噱头,今天也是如此——因为要想看到这个外太空星座,我们所需要的光学望远镜的口径至少得是地球直径的100倍。不管怎样,我在脑海中已经出现了一个黑色的影子,像金星凌日一样从这个遥远的太阳前面经过。

但有件事让我很困惑。文章结尾处画了一个圆圈,表明事件视界内的光被吞噬所导致的暗点会有多大。这个圆圈太大了。这不是一个旋转的黑洞吗?它不是应该小得多吗?应该只是画上的五分之一?

黑洞的旋转速度越快,光就能越接近黑洞。就像旋转木马一样,它因为时空的曲率带有动量,因此仍然可以逃脱;如果没有动量,它就已经被困住了。正是因为这样,我认为旋转的黑洞应该显得更小。但是这个黑洞在观察者看来要大得多——比事件视界大得多。

我突然意识到:黑洞能够让自己显得更大!它们是巨大的引力透镜,因为就算什么别的都干不了,它们至少肯定能偏转光线。即使是黑洞的旋转也不会导致什么问题,因为光线必须从黑洞的两边通过。在一边,它随着黑洞的旋转飞行,接近事件视界,几乎接触到它,但在另一边,它不得不逆时空飞行,远远地就被抓住。因此,当光试图飞过黑洞时,黑洞有一张宽大的捕捉网。

我恍然大悟。如果文章里画的是对的,而且也适用于我的那个黑洞,那么黑洞产生的黑点就必须比我自己之前假设的大多达2.5倍。它是否旋转对观测没有任何区别——只有质量才算数,而我们很清楚这一点。

这将使作为基线的地球变得刚刚够大。奇异恩典!我也许终究能看到“我的”黑洞。不仅仅是我,每个人都能看到它!这个认识像闪电一样击中了我。慢慢地,一个具体的图像从黑暗的太空中出现在我的脑海里,现在我有了一个明确的目标:我要看到黑洞的喉咙!我坐立不安,站起来跑来跑去。


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