李龙臣 2007年04月30日 17:30
给黑洞照相
一提到给黑洞照相，人们会想到，黑洞自身不辐射电磁波，也吸收射向它的电磁波，怎能给它照相？
但是，给黑洞照相，不仅理论上可能，而且实际上还可给它拍可见光照片哩！当然，这需要照明光源。
黑洞吞食光线，什么光源对它能起照明作用？事实上，恒星光就可以照明，因为到达黑洞附近的光会被黑洞的强大引力所弯曲，在黑洞周围形成光晕；还有，在黑洞周围有能散射恒星光的物质，会在黑洞周围产生光轮效应。光晕和光轮都可反映黑洞的形象。不过，顺着恒星光线的方向拍摄的黑洞光晕和光轮形象，它们会完全淹没在恒星自身像的强光之中，无法得到黑洞形象的照片。
那么，难道还有别的照明光源吗？有。请回忆一下前面说过的黑洞吸积盘。吸积盘是由不断进出的热气体物质形成的大漩涡，它们在被旋进黑洞的过程中，温度可升高到几亿度，因而可以发出可见光和其它电磁辐射。吸积盘发出的这种可见光正是给黑洞照明的光源。
为什么利用这种光源能给黑洞照相呢？
光子没有质量，而且可见光光子能量较低。黑洞的强大引力虽然能吞食离它较近的光线，但无法吞食离它较远的光线。不过，仍然会使这些光线发生弯曲，甚至环绕黑洞旋转，然后逃离黑洞，从而可以从与照射光垂直的方向进入观测者的视线，使观测者不仅可以看到黑洞完整的上表面，获得黑洞的主级像；而且也能看到黑洞的下表面，获得黑洞的次级像。由于有的光线可以多次环绕黑洞旋转，因此还可以获得黑洞的三级像、四级像……这可不是黑洞的实际形象呀！是的。 但是，由于光线是等距离绕黑洞旋转的，它们真实地反映了黑洞的轮廓。其实，这些影像中央的黑色区域，不正是黑洞的放大图像吗？
当然，这样的图像仍然是不完美的。由于爱因斯坦效应，黑洞的强大引力会使光线的强度减弱、频率降低；吸积盘的高速旋转，使可见光有时相对拍摄者而来，有时相对拍摄者而去，多普勒效应也会使光线的强度和频率发生变化。这些都会使拍摄到的黑洞图像变形和亮度发生变化。而且，变形和亮度变化是很大的，因为黑洞的引力非常强大，吸积盘内缘气体的旋转速度接近光速，爱因斯坦效应和多普勒效应都非常强。不过，给黑洞照相只是探测黑洞的辅助方法，何必在一种方法上追求完美呢。完美只能产生于众多的不完美之中。
