廣義相對論又對了！最新發現：銀河系最大黑洞顯露引力紅移現象

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新近來自歐洲南方天文台、《自然》《天文與天體物理》聯合發布的消息，天文學家在銀河系中心最大黑洞附近，終於發現一直在探測的引力紅移現象。

愛因斯坦廣義相對論預言又對了！

• 到底怎麼一回事？先說說什麼是引力紅移？

引力紅移（Gravitational Redshift），簡單來說，強引力場造成的光波紅移現象。

這種現象，最早還是由愛因斯坦作出的預言，甚至早到在發表廣義相對論之前，他就已經得出引力必將影響光波頻率、波長的結論。

這位現代物理學祖師爺的理由是：在引力場作用下，光波上行，遠距離傳播時，一定會損失一部分能量，從而導致波長變長，頻率下降。

早在19世紀中葉，天文學家就發現一種光波位移現象——

• 當天體接近地球時，對於我們觀測者來說，光波的前方被壓縮為更高的頻率，光波變短，光譜向藍位移，這就是藍移現象。

• 當天體遠離地球時，對於我們觀測者來說，光波的後方被拉長為更低的頻率，光波變長，光譜向紅位移，這就是紅移現象。

這種藍移、紅移就被稱為光的位移現象，也叫光的多普勒效應，這是借用了聲學多普勒效應的叫法。

• 藍移、紅移——太複雜太燒腦？

告訴你一個最簡單粗暴的理解方法：當你的女票穿著藍裙子，就意味著要撲你滿懷，當人家穿上紅裙子的時候，就意味著要離你遠去！

趕緊戒紅吧！

19世紀60年代，天文學家就是利用這種方法第一次精確測量了恆星的相對運動速度。

20世紀20年代，大名鼎鼎的埃德溫·哈勃更是利用這種方法，發現了所有星系看起來都在遠離我們，而且距離越遠速度越快，從而揭示了天大秘密——這就是哈勃定律，宇宙正在加速膨脹！而且順手提供了宇宙大爆炸的有力證據。

• 我們知道了光的紅移現象，那什麼又是引力紅移？

前面說了，強引力場造成的光波紅移，光波被拉長，頻率變低了，這就是引力紅移。

• 那麼，什麼樣的引力場才算強引力場？

地球引力場算不上，甚至連太陽引力場都不算什麼，紅巨星、藍巨星、白矮星、中子星、黑洞……

對，質量越大的天體引力場越強，這是愛因斯坦告訴我們的顛撲不破的真理。

這就是說，在黑洞旁邊更容易發現強引力場造成的引力紅移現象。

毫無疑問，最理想的觀測對象就是距離我們最近的超大質量黑洞——人馬座A*。

這個最早在1974年被發現的銀河系中心黑洞，質量超級大，足足有太陽質量的400～430萬倍！距離我們26000光年。

▲這是利用歐洲南方天文台觀測數據，顯示的圍繞人馬座A*黑洞運行20年的恆星狀態。

於是，德國馬克斯·普朗克地外物理研究所的一個研究團隊，早在1990年代開始在人馬座A*身邊尋找線索，並且鎖定一顆恆星（S2）作為觀測對象。

• 為什麼會鎖定S2？

因為它是一個理想的觀測對象。

S2比較容易觀測到，軌道周期也不算太長——16年，也就是每16個地球年就會繞行人馬座A*黑洞跑一圈。要知道，周期更短、距離黑洞更近的恆星並不容易找，更不容易觀測。

順便說一下，正是德國馬克斯·普朗克地外物理研究所通過研究S2恆星，由此測定了人馬座A*迄今為止最精確的質量、體積等數值。

功夫不負有心人，擅長啃硬骨頭的德意志人，在持續觀測了近30年後，終於今年等來了重要發現。

4月，從地球觀測看來，S2達到最高速度每秒7600公里，相當於3%光速。

5月，相距黑洞最近。

5月19日，恆星S2距離人馬座A*黑洞前所未有得近！相距120個天文單位（180億公里），相當於太陽系裡太陽風抵達的邊界。但以光年尺度衡量，卻是相當得靠近了。

這期間，通過4台8米口徑組成的望遠鏡陣列，天文學家發現了夢寐以求的觀測現象——

從S2發來的星光，在人馬座A*黑洞的強大引力作用下，產生了引力紅移現象——光波被拉長了，光波頻率變低了。

這是人類首次在黑洞身邊觀測到引力紅移。

而早在1959年，同樣是德國馬克斯·普朗克研究所，科學家們在實驗室里測量出細微的引力紅移現象。

• 觀測到引力紅移，意味著什麼？

這不僅意味著愛因斯坦廣義相對論又對了！而且，未來對S2的觀測，可能會證實愛因斯坦的其他預言，比如一個旋轉黑洞是如何扭曲周圍時空的。

就這樣，人類對宇宙時空的探知，一步步越來越清晰、精確。

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