天文學(xué)家們近日宣布了一項(xiàng)突破性的進(jìn)展,他們開發(fā)出了一種新技術(shù),使得在射電波段的多個頻率下觀測天空成為可能。這一成果預(yù)示著,我們即將能夠目睹超大質(zhì)量黑洞的“彩色肖像”。
色彩,這一看似簡單的概念,在物理學(xué)中卻與光的頻率或波長緊密相連。光的顏色隨著波長的長短而變化,波長越長,顏色越偏向紅色;波長越短,則越偏向藍(lán)色。每一種頻率或波長都對應(yīng)著一種獨(dú)特的色彩。
然而,人類的眼睛并不能像科學(xué)儀器那樣精確地分辨這些色彩。我們的視網(wǎng)膜上僅有三種類型的視錐細(xì)胞,分別對紅、綠、藍(lán)三種光線敏感。大腦將這些信息綜合起來,才形成了我們所看到的彩色圖像。數(shù)碼相機(jī)的工作原理也類似,它們通過捕捉紅、綠、藍(lán)三種光線的信息,再將這些信息呈現(xiàn)在屏幕上,從而欺騙我們的大腦,讓我們看到彩色的畫面。
盡管我們無法直接用肉眼看到射電波,但射電望遠(yuǎn)鏡卻能夠“看見”它們的“色彩”,也就是不同的頻帶。探測器能夠捕捉到狹窄的頻率范圍,這與光學(xué)探測器捕捉顏色的方式頗為相似。通過在不同頻帶上觀測射電天空,天文學(xué)家們可以構(gòu)建出一幅“彩色”的圖像。
然而,這一過程中也面臨著諸多挑戰(zhàn)。大多數(shù)射電望遠(yuǎn)鏡一次只能觀測一個頻帶,這意味著天文學(xué)家們需要多次觀測同一個目標(biāo),每次更換一個頻帶,然后再將這些圖像拼接起來。雖然這種方法對于許多天體來說都適用,但對于那些變化迅速或體積較小的目標(biāo)來說,這種方法卻無法奏效。因?yàn)閳D像變化太快,無法進(jìn)行有效的疊加。
為了克服這一難題,研究團(tuán)隊(duì)提出了一種名為“頻率相位轉(zhuǎn)移”(FPT)的新方法。這種方法能夠克服大氣對射電波的干擾,使得天文學(xué)家們能夠在不同的射電頻帶上連續(xù)拍攝圖像,并將它們校正合成,從而得到一張高分辨率的彩色圖像。研究團(tuán)隊(duì)在3毫米波長下觀測射電天空,追蹤大氣如何扭曲光線,并利用這些數(shù)據(jù)來校正和銳化在1毫米波長下獲得的圖像。
這一方法尚處于早期階段,最新的研究只是對該技術(shù)的一次演示。然而,它已經(jīng)證明了其可行性。未來的項(xiàng)目,如下一代事件視界望遠(yuǎn)鏡(ngEHT)和黑洞探測器(BHEX),將有望在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展。隨著這項(xiàng)技術(shù)的不斷進(jìn)步,我們或許將能夠?qū)崟r、彩色地觀測到黑洞的奇妙景象。
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