计算：8座毫米/亚毫米波射电望远镜，真能“看清黑洞”吗？ 留言

北京时间4月10日21点整，天文学家召开全球新闻发布会，宣布首次直接拍摄到黑洞的照片。昨晚朋友圈被它刷屏，这个“亮点”要跟，让它“更亮”，下面假装自己“懂”，给大家“科普”下，传说中的“一本正经”的“胡说八道”。

该黑洞位于代号为M87的星系当中，距离地球5300万光年，质量相当于60亿颗太阳。物质环绕在黑洞周围，组成一个盘状结构，叫“吸积盘”。吸积盘内的物质围绕黑洞高速旋转，相互之间由于摩擦而发出炽热的光芒，包括从无线电波到可见光、到X射线波段的连续辐射。

吸积盘处于黑洞“视界”的外部，因此发出的辐射可以逃逸到远处被我们探测到。所以，拍摄到的不是黑洞本身，而是利用其边界上的物质发出的辐射勾勒出来的黑洞的轮廓。

射电望远镜则是利用射电波进行观测的望远镜，它是电磁波谱的一部分，频率范围从高频的300GHz到低频的30Hz，相应的波长范围从1mm到10000km。

毫米波：波长1~10mm，频率300~30GHz;

亚毫米波：波长0.1~1mm，频率3000~300GHz；

太赫兹波：波长0.03~3mm，频率0.1THz~10THz；

可见光，波长范围从400nm到750nm，频率范围从400THz到750THz。

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望远镜的分辨率主要取决于两个参数，波长和口径：口径一定，波长越短分辨率越高；波长一定，口径越大分辨率越高。

天文学家为了观测黑洞视界边缘上的物理过程，动用了分布在全球的8座毫米/亚毫米波射电望远镜，这些望远镜组成了一个虚拟的，口径接近整个地球的望远镜，这座虚拟的望远镜，称为“事件视界望远镜”。

1962年，英国剑桥大学卡文迪许实验室的马丁.赖尔(Martin Ryle)利用基线干涉的原理，发明了综合孔径射电望远镜，大大提高了射电望远镜的分辨率。

基本原理是：用相隔两地的两架射电望远镜接收同一天体的无线电波，两束波进行干涉，其等效分辨率最高可以等同于一架口径相当于两地之间距离的单口径射电望远镜。

甚长基线干涉测量原理一样，只是望远镜之间分布的更加遥远，无法利用电缆或光缆连接，而是把信号分别记录在各测站的储存器上，不用公共的时钟，而是各测站有自己的时钟，通常采用精度非常高的原子钟，1亿年不会出现1秒误差的这种。观测结束后，再将观测站的储存设备送到数据处理中心。理论上基线的长度就几乎不受限制。当然，在地球上则受限于地球的尺寸。

M87星系的这颗黑洞的质量相当于太阳质量的60亿倍，视界直径约360亿公里，距离地球约5300万光年。

是不是想问14.8微角秒有多小？我们知道一元硬币直径25mm，假如我们人眼也可以达到如此高的分辨率，那我们就可以看清月球上掉的一元硬币了(地球距离月球平均38万公里)。

下图中的公式，地球直径(望远镜口径)用1万公里，角度用上图中的7.1796*10的-11次幂带入，计算得出电磁波波长约为0.8mm。这样看来，标题用“8座毫米/亚毫米波”还是准确的。

看到这里，你可能要说，可见光的频率更高，波长更短，按道理应分辨率更高，这就对口径大小要求降低了啊，或者可以看的更远或者近一点小的“黑洞”了啊。

有道理，但是我要搬出电磁波在自由空间的拓展损耗公式了，先且不说可见光波长短，是否都被星际尘埃或气体挡掉了，看到拓展损耗随着频率的变高而加大，望远镜的灵敏度估计是满足不了，光学望远镜还是用来看看稍微近点的吧，比如上百万光年。这个黑洞可有5300万光年之遥啊！

原文始发于微信公众号（雷达通信电子战）