假如地球變成黑洞，它的直徑有多大？

今天上午，上海科技館報告廳座無虛席，許多家長帶著孩子來聆聽上海科普大講壇，中科院上海天文台台長沈志強研究員、左文文副研究員圍繞「人類第一次用望遠鏡拍到黑洞照片」這一熱點新聞，為公眾講解了黑洞的性質以及甚長基線干涉測量（VLBI）技術觀測黑洞的科學原理。「有夢想，有機會，有奮鬥，一切美好的東西都能創造出來。」演講結束前，沈志強用這句話勉勵聽眾為夢想奮鬥，有朝一日也實現「為黑洞拍照」這樣的壯舉。

左文文在演講中介紹，黑洞是廣義相對論方程式的一個解。此外，白洞、蟲洞也是廣義相對論方程式的解。與人類至今未發現蛛絲馬跡的白洞和蟲洞相比，黑洞這種超大質量、吞噬一切的「宇宙怪獸」早已顯現出它們的面目。1916年，就在愛因斯坦發表廣義相對論的第二年，德國物理學家史瓦西就給出了黑洞的數學描述。他用數學語言描述的黑洞不帶電、不轉動，只有一個參數——質量。黑洞的質量越大，它的史瓦西半徑就越大。一個球體的半徑如果小於其史瓦西半徑，就是黑洞。黑洞的外圈被稱為「事件視界」，即史瓦西半徑。包括光在內的所有物質一旦進入視界，就永遠出不來了，這就是黑洞「吞噬一切」「漆黑一片」的特性。

「假如太陽變成黑洞，它的直徑必須縮到6公里。假如地球變成黑洞，直徑要縮到2厘米。」沈志強告訴聽眾。由此可見，宇宙中那些大型黑洞的質量有多麼驚人。最近多國望遠鏡聯合拍攝到的M87星系中心的超大質量黑洞，經觀測驗證，其質量是太陽的65億倍。距地球5500萬光年。銀河系中心的超大質量黑洞距地球2.6萬光年，是太陽質量的400多萬倍。

黑洞既然漆黑一片，望遠鏡怎麼能拍攝到它的影像呢？左文文說，其實黑洞並不是很黑，那些墜落到黑洞的物質在墜落過程中，其引力能會轉換成光和熱，形成環繞黑洞的吸積盤，而且高速旋轉，「像印度大廚用手轉動的一個飛餅」。人類拍到的第一張黑洞照片上，那圈模糊的環狀光暈就顯示了吸積盤的形態和亮度。「照片上光的顏色並不重要，光的強度才具有科學價值，黃色部分最亮。」

拍攝並「沖洗」出這張照片，之所以難度很大，主要是因為M87星系中心黑洞距離遙遠，足足有5500萬光年。在地球上用望遠鏡觀測，它的環狀結構角直徑大小只有42±3微角秒（1度= 60角分= 3,600角秒=3,600,000毫角秒=3,600,000,000微角秒），而滿月的角直徑為1800角秒，可見這個黑洞是多麼難以觀測，能拍到模糊的照片，已體現了人類目前最高的技術能力。這種技術的英文簡稱是VLBI。簡而言之，VLBI是將地球上多個地方的射電天文望遠鏡聯合起來，編織成一張巨大的隱形觀測網，達到巨型望遠鏡的觀測效果。作為這一領域的知名專家，沈志強介紹說，VLBI不僅適合觀測黑洞等遙遠天體，還能精確測定太空飛行器的位置。憑藉這種能力，由上海佘山、北京密雲、新疆烏魯木齊、雲南昆明等地射電望遠鏡組成的VLBI深空探測網，為嫦娥一號至四號成功導航，在我國探月工程中發揮了重要作用。

沈志強還告訴聽眾，與拍到第一張黑洞照片的EHT（事件視界望遠鏡）一樣，中、日、韓三國射電望遠鏡組成的東亞VLBI網也已用於觀測黑洞，有望給人們帶來新的驚喜。

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