史上第一张黑洞照片来袭！今天送给孩子这份“宇宙大礼包”最及时
就在昨天
美国国家科学基金会
在“事件视界望远镜”项目首个发现发布会上
发布了
人类历史上首张黑洞照片！！
该黑洞位于室女座一个巨椭圆星系M87的中心，距离地球5500万光年，质量约为太阳的65亿倍。
它的核心区域存在一个阴影，周围环绕一个新月状光环。
爱因斯坦广义相对论被证明在极端条件下仍然成立。
那么这时，问题随之而来了——黑洞是怎样形成的？连光子都无法逃离的黑洞，科学家是如何让它现形的？一起来看！
黑洞是怎么被发现的？我们为啥要给黑洞拍照片？给黑洞拍照片时到底拍的是什么东西？这些问题被孩子问起时，你会回答吗？
Q
宇宙中的黑洞是怎么被发现的？
科学家们发现在一些被X射线望远镜发现的双星（由一个致密星和另一个正常恒星组成）中，致密星的质量比中子星的质量上限（约为3倍太阳质量）还大，但半径却差不多，因此认为这些引力极强的致密星只能是黑洞。
目前在银河系中已发现20多个黑洞X射线双星，它们的黑洞质量大约是太阳质量的5到20倍。
黑洞剪影的模拟图像：广义相对论预言剪影是圆形的（中），其他理论则预言了不同的形状（左、右）。图片来源：D. Psaltis and A. Broderick
最近几年，地面激光干涉引力波天文台(LIGO) 已宣布已探测到11对双黑洞并合产生的引力波，这些黑洞的质量都是几十个太阳质量。
天文学家通常把这些质量为几个到一百个太阳质量的黑洞叫恒星级黑洞。
二次世界大战后，雷达技术广泛用于射电天文，许多宇宙射电源被发现。这些射电源的光学像有的看起来很像恒星，但光谱观测显示它们本质上不是恒星，而是谱线有巨大红移的银河系外遥远天体。
这些被称为“类星体”的活动星系核能辐射出比银河系高成千上万倍的能量，其发光原理不能用核反应来解释。
科学家们认为类星体的能源来自于其中心质量极大的黑洞吸积周围物质所释放出的巨大引力能↓
类星体中心超大质量黑洞及吸积盘、喷流示意图 | 图片来源：NASA/Goddard Space Flight Center
后来的观测表明像我们银河系这样的正常星系中心也存在质量在百万太阳质量以上的黑洞，只是因为这些正常星系中心的黑洞周围没有多少可供吞噬的物质，所以其表现不如类星体中心的黑洞“活跃”，无法释放像类星体那样巨大的能量。
天文学家把类星体和星系中心质量在百万到百亿倍太阳质量的黑洞叫超大质量黑洞。
那么宇宙中是否存在介于恒星级黑洞和超大质量黑洞之间、质量为几百到几十万倍太阳质量的中等质量黑洞呢？天文学家虽然在一些近邻星系的极亮X射线源中似乎已找到中等质量黑洞存在的迹象，但还需更多的观测予以证实。
Q
捕获首张黑洞照片的事件视界望远镜有何特殊之处？是如何运行的？
中国科学院国家天文台研究员、《中国国家天文》执行总编苟利军表示，首先这些望远镜都是在亚毫米波波段，通常需要在海拔比较高的地方来减少大气中水气对于亚毫米光子的影响。比如说位于智利的ALMA望远镜的海拔就有5000多米，这些分布于全球不同地方的望远镜通过所谓的甚长基线干涉技术（VLBI）连成一个虚拟网络，构成了一个口径达到一万公里的望远镜，VLBI技术是实现成像观测的关键。
Q
都说黑洞看不见摸不着
那么给黑洞拍照时，我们在拍些什么？
苟利军表示，黑洞本身不发光，但是黑洞周围通常都会有一个吸积盘，吸积盘有比较强的辐射或者说是发光的，所以在明亮吸积盘的衬托之下，黑洞就会产生一个所谓的黑洞阴影。这次的观测就是通过观测黑洞本身及其临近区域，看到黑洞的阴影。
Q
截至目前，我们对黑洞的认识是怎样的？苟利军表示，对于黑洞的认识也经历了一个漫长的过程，从两百多年前，拉普拉斯基于牛顿的万有引力提出暗星，到大约100年前，史瓦西基于广义相对论得到第一个没有转动的精确黑洞解，自此之后，很多的物理学家都对黑洞研究做出了贡献，包括奥本海默、科尔、基普索恩、霍金等。我们现在有很多的电磁观测表明黑洞应该是真实存在的，然而我们就是没有看到过黑洞的真实模样，所以此次照片的影响是巨大的。
Q
都说黑洞会吞噬掉很多东西，那它吸进去的东西都去哪里了？
苟利军表示，这的确是一个非常有趣的问题，在被吞噬的过程当中，物质都首先会被撕裂成一些最基本的粒子，然后很可能在黑洞的内部又进一步发生其他的物态变化，具体会发生什么样的过程，我们并不是特别的清楚。
经典的理论认为，掉到黑洞里的物质都会朝着中心的奇点运动，最后会聚集在那里。随着聚集的物质越来越多，质量也会变得越来越大，黑洞的半径也会变得越来越大。
Q
为什么花这么多钱给黑洞拍照？
有什么意义和价值呢？
苟利军说，因为是第一次看到黑洞，所以满足我们黑洞模样的好奇感，另外从科学的角度还可以提供很多的信息，帮助我们了解气体在黑洞内区真正的运动状态。
宇宙奥秘无穷无尽
小孩子应该怎么了解这些知识呢？
小编在这里推荐一些书籍和纪录片
《太空》
开启儿童阅读科普兴趣的“老师”
《太空》为孩子们提供了宇宙的“立体形象”，还有太阳系、月相、超新星爆炸图等等，将为孩子带来一场有趣又新奇的宇宙之行，让孩子们仿佛置身浩渺宇宙，触摸那遥远而又神秘的星球，也可以翱翔天际，体验一场难忘的太空探索之旅。
《尤斯伯恩看里面：揭秘宇宙》
让孩子自己动手“探索”宇宙奥秘
《尤斯伯恩看里面：揭秘宇宙》是一本经典科普“翻翻书”，通过层层翻页，由表及里、由浅入深地将知识呈现给孩子，向他们展示了一个生动的、立体的科普世界。孩子可以自己动手“探索”恒星与地球的距离，了解天文望远镜的构造，“揭秘”宇宙的起源与终结。
《DK儿童太空百科全书》
由NASA提供最新资料
《DK儿童太空百科全书》可以满足孩子们的种种好奇心，掀开太空神秘的面纱，带孩子畅游宇宙，无限奥妙历历尽揽，为孩子们解答关于宇宙的种种问题。值得一提的是，美国国家航空航天局（NASA）为该书提供了最新资料，由世界上最强大的望远镜拍摄到的宇宙图像尽收眼底，各种意想不到的奇妙知识一网打尽，冰冻的行星、太阳风暴、超新星爆炸以及神秘的暗物质都在等待着孩子们去探索。
“认识我们的宇宙”系列丛书
《认识我们的宇宙》
《13颗行星》
《恒星真奇妙》
科学与艺术的融合
作者戴维·A·阿吉拉非常擅于绘画，其画作曾在美国各地展出。该系列丛书用栩栩如生的精彩插画让孩子们领略到神秘的太空景象，非常具有想象力和美感，不少画面描绘的是作者想象中的宇宙场景，完美地把科学和艺术融合在一起。
《宇宙简史》
一本通俗的宇宙启蒙读物
作者斯蒂芬·霍金以他迷人的表述方式讨论了宇宙的历史和将来、时间和空间的本性、黑洞等令人敬畏的主题。书中介绍了宇宙历史，包括关于宇宙的构想、膨胀着的宇宙、黑洞、黑洞不太黑、宇宙的起源与归宿、时间的方向、万有理论等七个部分，比以往的著述更清晰、更简洁。这些内容不仅闪耀着霍金智慧的光华，而且体现出他特有的机智。《宇宙简史》既是一本有分量的理论物理学著作，也是一本通俗的宇宙启蒙读物。如果说孩子阅读《时间简史》和《果壳中的宇宙》还嫌太专深，本书则是理想的青少年科普读物。
推荐纪录片《宇宙时空之旅》
每一帧都美到可以做屏保
这部纪录片来自国家地理频道，豆瓣9.6分，每一帧都美到可以做屏保。和一般的科普片相比，它除了有着科学的缜密思维，更有着文学的浪漫情怀，看起来更像一部科学史片。
可以说它是一个故事性、想象力、特效都不输科幻大片的纪录片！当然比科幻大片更出众的，是它还有极强的科学性。
《与霍金一起了解宇宙》
真的有时间旅行的方法吗？
这部纪录片制作耗时3年多，霍金本人在此间曾多次坚持对剧本作大幅修改。68岁的霍金在片中谈论了他对宇宙外星生命问题的最新思考，他认为外星生命几乎肯定存在于宇宙的许多其他地方——不仅是活在行星之上，甚至还可能存在于恒星中心，甚或是漂浮于行星间的广阔宇宙。
真的有时间旅行的方法吗？黑洞、虫洞是什么？宇宙中真的有外星人吗？这些让人着迷的话题和浩瀚的概念，留待孩子跟随霍金去探索！
《宇宙》
让你的求知欲熊熊燃烧
这部纪录片最早是在2007年开始拍摄制作，到现在已经推出9季了。从太阳的秘密到宇宙大爆炸，从万有引力到月球消失，从金字塔、巨石阵到古罗马工程......可以说这部纪录片在讲述宇宙历史的同时，也在向我们讲述人类自己探索和发展的历史。
究竟宇宙是否会爆炸？改变行星的大灾难什么样？宇宙中是否还有另一个地球？不妨在纪录片中寻找答案。
《旅行到宇宙边缘》
地球仅仅是太空的小小一隅
这部纪录片在豆瓣的评分高达9.3分。影片从离我们最近的月球开始，一路引导我们探索太阳系到银河系以至人类所认知的宇宙“边缘”。
影片细致呈现太阳系八大行星的神奇地貌，奇幻的气象变化，3D制作效果极致真实，带领你逐步走出太阳系，饱览整个宇宙的神奇景象，科幻和天文爱好者绝对不能错过的一部好片。
《行星旅行指南》
太阳系行星联盟集结！
该部纪录片一共有6集，按照距离太阳的最近和最远，依次介绍了水星、金星、火星、木星、土星、天王星、海王星以及冥王星等行星。从最炙热到最寒冷，这些行星让你感受什么是冰火两重天。
在影片中，你不但能将太阳系行星的神秘景观尽收眼底，还能深入了解形成这些景观的原因所在。在天文学家和航天专家通俗易懂的讲述中，在一幅幅令人叹为观止的太空影像中，你将飞离地球，穿梭于太阳系各大行星之间，完成一次奇妙而兴奋的星际之旅。
资料来源：央视新闻、人民日报、中国教育报、首都教育等
本期编辑：朱正栋