天文奇观,黑洞视频

篇一：彻底颠覆你的认知：黑洞其实是这样!

当然啦，黑洞就应该是这个样子的。”当基普·索恩(Kip Thorne)望着在他的帮助下建立起来的黑洞时，心里便是这样想的。这个黑洞其实是一个有史以来最精准的黑洞模型。它以接近光速旋转着，将宇宙的物质一点点地吸引过去。(这就是引力，相对论超诡异的。)

理论上讲，黑洞本是一颗恒星，然而它最终没有熄灭或爆炸，而是像做塌了的蛋奶酥一样，坍塌成一个小小的、不可逃逸的奇点(singularity)。一道光轮环绕着里面的球形大漩涡，看起来似乎既从上面弯过去，也从下面弯过去了。

电影中展示的“黑洞”形象。为什么黑洞看起来会是这个样子？

但这一切都十分自然，因为黑洞附近常常发生奇怪的事。例如，黑洞引力极大，以至于弯曲了宇宙的结构。爱因斯坦对此进行了解释：质量越大的物体，产生的引力就越大。像恒星和黑洞这样的物体就能产生巨大的引力，导致光线弯曲，时空扭曲。

更神奇的是，如果你离黑洞比我近，对时间和空间的感觉会不一样。相对来说，我的时间会过得快一点。

索恩从这个模型中看到了什么？作为一个天体物理学家，他的数学知识引导着这一迷人视效的诞生——这是有史以来对黑洞面貌的最准确的模型。同时，这个模型还是30个人、数千台计算机一年的工作成果。

除此之外，这个黑洞还和一群星光熠熠的好莱坞明星联系在一起——马修·麦康纳(Matthew McConaughey)， 安妮·海瑟薇(Anne Hathaway)，杰西卡·查斯坦(Jessica Chastain)，比尔·欧文 (Bill Irwin)，卡西·阿弗莱克(Casey Affleck)，约翰·利特高(John Lithgow)——因为这个黑洞模型是电影《星际穿越》的核心——《星际穿越》是克里斯托弗·诺兰(Christopher Nolan)导演的太空旅行史诗巨作，北美11月7日上映。

索恩从这个模型中看到了真实。技艺非凡的图像制作师诺兰，看到的则是美。黑洞，即使是虚构的，也能让人的感知翘曲。

1972年的索恩

索恩可不是你平时见到的普通的天体物理学家。确实，他是很出名的理论家，但是在他2009年从加州理工学院退休之前，他就已经对面向大众解释伤人脑筋的相对论充满兴趣。

快退休时，索恩和制片人琳达·奥布斯特(Lynda Obst)——索恩和琳达已经相识了30年，当年是卡尔·萨根(Carl Sagan)给他俩安排了一场盲约会——就在谈论要不要制作一部涉及到黑洞与虫洞神秘性质的电影。

不久之后史蒂文·斯皮尔伯格(Steven Spielberg)签约导演这部影片，编剧乔纳森·诺兰(Jonathan Nolan)写了一个剧本。不过最后斯皮尔博格退出，乔纳森的哥哥，以《记忆碎片》、《盗梦空间》这种把人绕晕的片子而闻名的导演克里斯托弗·诺兰(Christopher Nolan)接手。

在克里斯托弗·诺兰重写他弟弟的剧本的同时，他想弄明白这个故事核心里的科学内容。于是，克里斯托弗·诺兰开始与索恩见面。

2013年头几个月里，索恩和诺兰在探讨被物理学家称为“宇宙的翘曲一侧”的问题，如弯曲的时空，现实世界的缺口，还有引力如何弯曲光线。

“可以说这个故事已经彻底成为克里斯托弗和乔纳森的故事了。”索恩说道，“然而故事的精髓、拍摄一部一开头就将科学嵌入的电影这一目标，与这其中了不起的科学都得到了保留。 电影制作者们构思到的这个故事设定在一个反乌托邦的近未来：那时粮食将无法生长，人类处于灭绝的边缘。一位退役宇航员(麦康纳饰演)被征募进行最后一次飞行任务，这个孤注一掷的任务是寻找另一个能令人类生存并复兴的星系。

那么，问题来了。其他恒星离地球那么远，哪怕到达最近的几个恒星起码也要花几十年，而且连能在几十年内到达目的地的那个速度我们都不知道要怎么达到。

不过早在1983年，当卡尔·萨根为他的小说寻找一种可行方案的时候(那部小说后来被拍成了电影《超时空接触》)，索恩建议他使用虫洞，一个假想的宇宙裂口，它利用超越四维时空的更高维度连接两个相距遥远的点。所以对于《星际穿越》来说，虫洞也是不二选择。当索恩和诺兰讨论这部电影的时候，对于虫洞物理性质的探讨不可避免地向电影制作者提出一个问题：要如何将虫洞表现在荧幕上？

而这并非唯一让电影特效团队头疼的物理学。诺兰的故事依赖于时间膨胀：不同角色的时间过得不一样。为了让这点在科学上说得过去，索恩告诉诺兰他需要一个极大的黑洞——电影里这个黑洞叫“巨人”(Gargantua)——而且这个黑洞要以接近光速的速度旋转着。

作为一个电影制作者，诺兰不知道如何将这种东西表现得真实可信，不过他知道谁可以帮他实现这个效果。

“克里斯打电话跟我说他要派个人来我家谈谈视觉效果的事情，”索恩说，“我就答道，?当然，请他过来吧。?”不久后保尔·弗兰克林(Paul Franklin)就到了索恩家。

弗兰克林知道他的电脑总能完成他的任何要求，这既是一个问题又是一种诱惑。“我们很容易落入陷阱，结果打破现实的规律，”这位赢过奥斯卡最佳特效的视觉特效工作室“双重否定”(Double Negative)的高级主管说，“而这些规律可是相当严格的。”

因此，他叫索恩写出一些公式，使他们的特效软件能反映出符合物理规律的真实世界。他们从虫洞入手。如果光在虫洞附近会一改经典规律——以直线传播——这会变得怎么样呢？要如何用数学来描述这一点呢？

黑洞扭曲光的示意图

索恩递给弗兰克林的答案是一份研究深入的备忘录。这备忘篇幅很长，到处是引用来源，写满了方程，看起来更像是科学期刊里的论文。

弗兰克林的团队基于这些公式写了新的渲染软件，然后将虫洞制作了出来。效果令人惊叹。这个虫洞就像是照出这个宇宙的水晶球，是时空里的一个洞。

“科幻小说总喜欢把事情弄得神乎其神，似乎普普通通的宇宙总不能让他们得到满足，”弗兰克林说，“而我们从这个软件中直接得到的结果就已经让人难以忘怀了。”

虫洞的成功让特效队伍大胆地用同一方法制作黑洞，但是黑洞，看这个名字就知道，是光的杀手。电影制作者常用一种称为光线追踪的技术来渲染图像的光和反射效果。“然而光线追中软件都会使用一个通常来说合情合理假设，就是光沿直线传播，”“双重否定”的CG(计算机图形)监管欧也妮·冯·藤泽尔曼(Eugénie von Tunzelmann)解释到。因为黑洞遵循的可是一种完全不一样的物理规律，“我们就只能再写一个全新的渲染器了”。

有些单帧要花上100个小时来渲染，引力透镜这种爱因斯坦效应导致的小小弯曲让计算变得非常繁重。到了最后，这部电影占据了将近800TB的数据。冯·藤泽尔曼说，“我还担心这次我们可能要突破1PB数据大关了。”

“克里斯托弗希望我们能向观众传达黑洞是球状的这一信息，”弗兰克林说，“我就跟他说，?你知道的，它看起来会像是个圆盘。?你唯一能看到的就是它如何使笔直的光线拐弯。”过后弗兰克林开始阅读吸积盘(accretion disks)的内容。

吸积盘是一团凝聚在一起的物质，它围绕着黑洞旋转。弗兰克林发现他可以用这圈环绕的碎石来确定黑洞的外观。

冯·藤泽尔曼做了一个巧妙的演示。她建立了一个多色的平面圆环代表吸积盘，然后把它放在旋转的黑洞的外周。一些非常非常奇特的事情发生了。

“我们发现黑洞外围扭曲的时空同样弯曲了吸积盘，”弗兰克林说，“因此吸积盘并不像是土

星环那样围绕着一个黑色的球，相反，光线弯曲会产生这样一个奇特非凡的光晕。”

电影中的吸积盘形象

这就是为什么当索恩第一次看到黑洞的最终效果时会觉得“就该是这样嘛”。双重否定团队开始认为一定是渲染器里出了bug导致这个效果，但是索恩意识到他们已经正确地建立出与他给出的数学公式一致的现象模型。

尽管如此，没有人会知道黑洞到底是什么样子的——除非他们真的造一个出来。黑洞周围那些被吸过去但是逃脱一劫的光，在黑洞的阴影附近展示了出人意料的复杂特征图谱。而发光的吸积盘则在黑洞的上下方以及前方出现。

“我从没预料到结果会是这样的，”索恩说，“欧也妮就做了这个模型然后说，?嘿，我得到了这个。?这真是太棒了。

最后，诺兰拿得了使故事升华的优美图像，而索恩得到了一部能使大量的观众都能学到一些真实准确的科学知识的电影。不过索恩还获得了一些意外的收获：一个科学发现。

“这就是我们的观察数据。”他这样形容着电影的效果，“自然就是这样子的。句号。”索恩说他能从中发表至少两篇文章。

篇二：25个天文奇观

极光

极光是常常出现于纬度靠近地磁极地区上空大气中的彩色发光现象。极光一般呈带状、弧状、幕状、放射状，这些形状有时稳定有时作连续性变化。极光是来自太阳活动区的带电高能粒子流使高层大气分子或原子激发或电离而产生的。由于地磁场的作用，这些高能粒子转向极区，所以极光常见于高磁纬地区。在大约离磁极25°～30°的范围内常出现极光，这个区域称为极光区。在地磁纬度45°～60°之间的区域称为弱极光区，地磁纬度低于45°的区域称为微极光区。 极光下边界的高度，离地面不到100公里，极大发光处的高度离地面约110公里左右，正常的最高边界为离地面300公里左右，在极端情况下可达1000公里以上。

螺旋星云

螺旋星云是最明亮及最近的行星状星云之一，是一个类似太阳的恒星在生命的最后阶段产生的气体云。从我们有利的位置看去，恒星的外部气体喷射到太空中，仿佛就像俯瞰一个螺旋一样。中央残留的恒星核注定会变成一颗白矮星，发出强光，使得先前喷出的气体发出荧光。螺旋星云正式被编录为NGC7293，距离我们大约700光年远，位于宝瓶座内，大小约2.5光年。上面的影像是欧南台La Silla天文台内直径2.2米望远镜的广角成像仪拍摄。螺旋星云内边缘的特写中显示了复杂的气体节点，其起源仍未知。

流星与极光

在2000年8月12日到13日的清晨，英仙座流星雨正如预测的那样出现,每隔数分钟一颗流星。8月11日的夜晚，随着英仙座升到地平面之上后，天文摄影家Wade Clark在美国华盛顿州北部贝克山滑雪场正等着要拍摄流星掠过长空的景观，却同时幸运地看到了一场美丽的北极光秀。所以在拍照时，他把英仙座的群星放在上面这片星野的中心，因而源自英仙座的流星都会穿过美丽的极光。2000年时，当时正处于活跃期的太阳也曾配合英仙座流星雨上演了同样一场美景。

乞力马扎罗山上的星光

没有月亮的晚上，也正是星星最为清楚的时候。 拍摄此景的Dan Heller扎营在非洲4800米高的乞力马扎罗山(Mt. Kilimanjaro)上，花了三个半小时的曝光时间取此美景。这张照片中除去帐蓬内闇弱的灯火和呈现绿色的远方城市灯光，地景的亮度大部分来自星光。此景面朝北方,将北极星放在接近地平且在照片的最左边，拖曳的星光划下一道道优美的同心圆弧。

黑极光的秘密

黑极光是指正常亮极光之间的暗带，极光的影像经常会记录到这种暗带，却很少有人对它的成因提出疑问。最近科学家利用四个位于地球轨道上名为「星团」的卫星提供的数据进行研究，解开了黑极光之谜。正常的极光是电子或带负电的粒子，沿着地球的磁场冲向地球大气，撞击地球大气分子，使它们电离而发出的辉光。黑色的反极光，则是地球电离层中带负电的粒子，从地球磁场线的间隙被吸出去所产生的现象。这种黝黑的反极光延伸的高度可达二万公里，持续时间有时长达数分钟。上面这张在美国阿拉斯加州费尔班克斯市所拍摄的影像里，可以清楚看到介在正常亮极光之间的一道黑极光。

篇三：世界罕见的十大天文奇观

世界罕见的十大天文奇观

1.乞力马札罗山上的星光 没有月亮的晚上,也正是星星最为清楚的时候.拍摄此景的Dan Heller扎营在非洲4800米高的乞力马札罗山(Mt. Kilimanjaro)上,花了三个半小时的曝光时间取此美景.这张照片中除去帐蓬内闇弱的灯火和呈现绿色的远方城市灯光,地景的亮度大部分来自星光.此景面朝北方,将北极星放在接近地平且在照片的最左边,拖曳的星光划下一道道优美的同心圆弧。

2.黑极光的秘密

黑极光是指正常亮极光之间的暗带,极光的影像经常会记录到这种暗带，却很少有人对它的成因提出疑问。最近科学家利用四个位於地球轨道上名为「星团」(Cluster)的卫星提供的数据进行研究，解开了黑极光之谜。正常的极光是电子或带负电的粒子,沿著地球的磁场冲向地球大气，撞击地球大气分子，使它们电离而发出的辉光.黑色的反极光，则是地球电离层中带负电的粒子，从地球磁场线的间隙被吸出去所产生的现象。这种黝黑的反极光延伸的高度可达二万公里，持续时间有时长达数分钟。上面这张在美国阿拉斯加州费尔班克斯市(Fairbanks)所拍摄的影像里，可以清楚看到介在正常亮极光之间的一

道黑极光。

3.不在星系里的恒星

星系都是由恒星组成的,但是否所有的恒星都在星系中呢?并非如此。利用哈勃望远镜,研究室女星系团的科学家们发现了有600个左右的红巨星漂浮在星系际广袤的空间里.上图是艺术家描画的从这样一个孤独的太阳周围的行星上可能看到的天空,那里的夜空景象与地球上完全不同，地球的夜空充满了恒星-我们银河系的成员,而在那里,正在落下的红色太阳留下的天空中几乎没有任何恒星,所有的只是各式各样黯淡模糊的星系-室女星系团的成员，这一孤独的太阳很可

能是在很久以前星系与星系的碰撞过程中被抛出来的。

4.眼中的宽边帽星系

宽边帽星系M104真的很像一顶帽子,它正好侧对著我们,除了中心众多的亮星外，还有一条瞩目的暗色带子穿过星系盘的中心。数十亿颗年老的恒星使得星系中心弥漫的核球显得很大,仔细分析还可以发现其中有很多亮点实际是球状星团。M104壮丽的尘埃环中包含了众多年轻而明亮的恒星，近来的一些研究认为该星系的核心部分可能存在一个超大质量的黑洞，宽边帽星系距离我们5000万年,位於室女座,

用小型天文望远镜就可以看见。

5.加拿大育空地区的极光

2001年9月28日和29日,太阳的表面发生了两个日冕物质抛射事件，同时一波波的高能粒子冲向地球,引发了极光活动。此後一个星期,分隔太阳南,北半球磁场的振动层 (flapping sheet)刚好拂过地球,又造成另一波的极光活动。上面就是在这一段太阳活动期内於10月1日拍摄到特别精彩的极光照片。摄於加拿大育空地区,可以看到天空中纠结的绿色极光和乌云,

以及它们下方白马镇内的街灯。

篇四：宇宙十大黑洞

1.宇宙中质量最大的黑洞

腾讯科学讯（Everett/编译）据国外媒体报道，黑洞是宇宙中的“怪物”天体，其周围的引力环境非常恶劣，强大的引力使得光都无法逃脱黑洞的控制，黑洞存在各种各样的大小，有恒星际黑洞，也有位于星系中央的超大质量黑洞。几乎所有的星系中央都拥有质量至少达到太阳质量百万倍的黑洞，科学家发现的最大质量黑洞位于NGC 3842星系中，距离我们大约3.2亿光年，质量达到97亿倍太阳质量，另外一个位于NGC 4889中的黑洞质量可能更大。

2.宇宙中质量最小的黑洞

科学家发现的质量最小黑洞小于三倍太阳质量，其编号为IGR J17091-3624，是理论上黑洞形成的质量下限，这个黑洞可能非常小。

3.喜欢吞噬“黑洞”的超大质量黑洞

任何一个不断靠近黑洞的天体都会被黑洞吞没，即便是黑洞也不例外，科学家目睹了一个质量较小的黑洞被更大质量黑洞吞噬的现象，这个宇宙惨剧发生在NGC 3393星系中，一个3000万倍太阳质量的黑洞吞噬了100万倍太阳质量的黑洞。

4.神奇的“子弹发射”黑洞

当物质被吸入黑洞时，就会释放出辐射来，科学家发现H1743-322黑洞释放的“子弹”速度达到四分之一光

5.宇宙中最老的黑洞

宇宙中最老的黑洞是ULAS J11200641，其诞生于宇宙大爆炸后大约7.7亿年，也就是说它的年龄达到130亿年左右，那么它的质量会是多大呢，科学家估计为20亿倍太阳质量，其成长过程是个未解之谜。

6.宇宙中最“亮”的黑洞

黑洞虽然具有强大的引力场，但是其也会发出“亮”光，它们在吸积物质时会释放出辐射，尤其是类星体，科学家发现类星体3C273甚至可发出可见光波段内的光

7.“无家可归”的黑洞

黑洞一般统治于星系的中央，但是科学家发现有些黑洞被星系“踢”出，在宇宙空间中自由漫游，

SDSSJ0927+2943就是一个流浪黑洞，其质量达到6亿倍太阳质量，我们银河系中可能存在数百个流浪黑洞。

8.中等质量黑洞的诞生之谜

长期以来，科学家发现黑洞基本上可以分为小型、中等质量和超大质量三种，恒星级黑洞相对较小，超大质量黑洞可在星系中央出现，而中等质量黑洞则困扰了科学家多年，HLX-1就是一个中等质量黑洞，距离我们大约2.9亿光年，质量在2万倍太阳质量左右。

9.旋转最快的黑洞

GRS 1915+105是一个旋转速度超过每秒950转的黑洞，位于天鹰座方向上，距离我们3.5万光年

篇五：选修从爱因斯坦到霍金的宇宙课后习题5,6章

白矮星、中子星与黑洞（一） 待做 1 加尔各答有一个地方叫黑洞。?是2 约翰·米歇尔提出“暗星”概念是在哪一年？（）?C 1783 年3 《宇宙体系论》和《天体力学》的作者是（）。?B 拉普拉斯4 产生暗星的条件是：（）?A r=2GM/c25 美国“原子弹之父”是：（）?C 奥本海默

6 白矮星的密度是：（）?B 1 吨/cm37 爱因斯坦的广义相对论预言了黑洞。?是8 双缝干涉实验证实了光是波。?是9 据《每月之星》中记载，白矮星的密度是每立方厘米（）左右。?C 1吨10 最先提出暗星概念的人是?D 米歇尔11 视亮度也就是我们看到的星的亮度，它和哪两个因素有关？（）

?C 一颗星的真实亮度和它的距离12 下列哪项是反应恒星的真实亮度的：?D 绝对亮度13 《天体力学》的第一版和第二版的序言中，都谈到了什么（）。?B 暗星14 《每月之星》这本书中的科普知识来源于：?C 陶行知15 下列哪一项是暗星出现的条件：?B 2GM/C216 黑洞最早被提出来是在公元前 300 年。?否

17 《每月之星》是作者陶宏在北平停战之日，在北大红楼把这本书 写完的。?是白矮星、中子星与黑洞（二） 待做 1 当宇宙在膨胀的过程中所形成的云团的中心温度升高到 1500 万度 以上的时候就会点燃热核反应。 （）?是2 下列星体中密度最大的是： （）?C 黑洞3 在恒星的演化过程中，红巨星会变成： （）?D 白矮星4 下列恒星的半径最小的是： （）?D 黑洞

5 赫罗图上在主星序上的星称之为红巨星。?是6 超级红巨星经超新星爆发变成中子星和黑矮星。?是7 肉眼观测到的除太阳最亮的星是： （）?B 天狼星8 太阳形成的最后结局是?B 红巨星9 早期的宇宙在高温状态下形成的气体以氦气为主。 （）? ?否10 恒星的演化阶段不包括（） 。

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