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【文/ 觀察者網(wǎng)專欄作者 徐令予】

2018年夏天，赤日炎炎如火燒。但是全世界天文學(xué)家眼中的熱點卻不在地面，他們把目光投向了我們銀河系的中心。

我們的銀河系中心有一個超大質(zhì)量的黑洞，一顆稱之謂S0-2的恒星與這個黑洞近距離擦肩而過，世界上有兩組天文學(xué)家團(tuán)隊對這顆玩命的S0-2恒星追蹤觀測已有20多年了。今年5月，S0-2到達(dá)離黑洞最近的位置上，超級黑洞周圍的時空彎曲導(dǎo)致S0-2輻射光線產(chǎn)生引力紅移。對S0-2引力紅移的精確測量，再一次驗證了在特殊條件下廣義相對論的正確性。愛因斯坦，又是你對！

銀河系中心的Sgr A*黑洞和在其周圍繞行的S0-2恒星。

引力紅移并不是新的物理現(xiàn)象，作為廣義相對論早期的三大“天文驗證”就包括了白矮星光譜的引力紅移（另二項為水星近日點進(jìn)動和光線在太陽附近經(jīng)過時的彎曲）。正是這三大實驗結(jié)果為愛因斯坦的廣義相對論作出了堅實的背書。

大質(zhì)量天體引起周圍的時空彎曲是導(dǎo)致引力紅移的本質(zhì)原因，在彎曲時空中周期運動變慢正是時間變慢的反映。直接從廣義相對論原理出發(fā)解釋引力紅移比較抽象，我們也可以換個角度來理解引力紅移的現(xiàn)象。由于星體周圍具有很強(qiáng)的引力場，當(dāng)光從引力場陷阱中逃逸出來時，就會失去部分能量。根據(jù)光子能量的公式E=hν，光的能量與其頻率成正比，如果光的能量減少，它的頻率也會隨之降低，所以波長變長。

引力紅移示意圖。

引力紅移的觀測方法是用攝譜儀拍下天體的光譜，求出紅移量，扣除多普勒效應(yīng)的運動紅移及其他因素引起的紅移，便得到引力紅移。引力紅移不僅可為確認(rèn)天體質(zhì)量提供依據(jù)，也可為研究天體的時空結(jié)構(gòu)提供更多信息。

對于諸如太陽這樣的普通恒星，由于其引力場相對較弱，所以從這些恒星表面發(fā)出的光不會出現(xiàn)顯著的引力紅移現(xiàn)象，它們在地球上很難直接探測到。天文學(xué)家最早在白矮星發(fā)出的光譜中探測到引力紅移的現(xiàn)象，這是由于白矮星是恒星演化末期坍縮的產(chǎn)物，其密度極高，表面有較強(qiáng)的引力場。

為了深入研究引力紅移，天文學(xué)家一直在尋找更大質(zhì)量更高密度的天體。大質(zhì)量的黑洞是研究引力紅移的好目標(biāo)，但黑洞本身沒有光線輻射，所以退而求其次，尋找路過大質(zhì)量黑洞近處的恒星就成了天文學(xué)家的夢想和追求。這就是為什么天文學(xué)家對S0-2恒星無悔追蹤幾十年的原因。

S0-2恒星以極端橢圓形的軌道繞著銀河系中心的黑洞運動，這個稱為Sgr A* （讀音為：Sagittarius A star）的黑洞的質(zhì)量是我們太陽的400萬倍！S0-2恒星軌道繞行周期為16年，今年5月飛過黑洞的最近點，距離黑洞200億公里（即17個光時），沒有任何其他已知的恒星比它更接近了。

當(dāng)然質(zhì)量為太陽400萬倍的Sgr A*黑洞絕對不是宇宙空間的重量級冠軍，但是它位于我們自已銀河系的中心，離我們僅26,000光年，而其它一些超大質(zhì)量黑洞都離開我們地球幾億甚至幾十億光年之外，它們實在太遙遠(yuǎn)了，對它們的精確觀察測量有許多技術(shù)困難。這就是為什么S0-2在今年夏天成了世界天文學(xué)家追星的目標(biāo)。

7月26日，由德國馬克斯普朗克的外星物理研究所的Reinhard Genzel領(lǐng)導(dǎo)的一個小組在新聞發(fā)布會上宣布了這次科學(xué)實驗的結(jié)果，有關(guān)論文刊登在《天文學(xué)和天體物理學(xué)》學(xué)術(shù)期刊上。

在超級黑洞的近距離范圍中，Genzel的團(tuán)隊探測到S0-2恒星的引力紅移與廣義相對論的預(yù)測完全一致。巴黎天文臺的天體物理學(xué)家奧德爾斯特勞布說：“我們測量的東西不能再由牛頓力學(xué)來描述?！睂嶒炄〉昧司薮蟪晒?。

本次科學(xué)實驗的意義從某種角度來看，于其說是對基礎(chǔ)理論的檢驗，還不如說是對高新技術(shù)的考驗。廣義相對論誕生百年來已經(jīng)接受過許多次實驗驗證，愛因斯坦的相對論是對的應(yīng)該不算新聞，相對論是錯的才是大新聞。當(dāng)然本次的實驗的物理條件更苛刻極端，觀察也更直接，正因如此，實驗的手段和技術(shù)裝備才是更大的看點。其中的甚大望遠(yuǎn)鏡VLT(Very Large Telescope)和自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)對本次實驗的成功作出了特殊貢獻(xiàn)。

甚大望遠(yuǎn)鏡(VLT)是歐洲南方天文臺建造的位于智利帕瑞納天文臺的大型光學(xué)望遠(yuǎn)鏡，它由4臺口徑都是8.2米的望遠(yuǎn)鏡組成。VLT的4臺望遠(yuǎn)鏡既可以分開單獨使用，也可以組成光學(xué)干涉儀進(jìn)行高分辨率觀測。作為干涉儀工作時，VLT具有相當(dāng)于口徑16米的望遠(yuǎn)鏡的聚光能力和口徑130米的望遠(yuǎn)鏡的角分辨率。

甚大望遠(yuǎn)鏡(VLT)由4臺口徑都是8.2米的大型望遠(yuǎn)鏡組成。建于智利的色洛·帕瑞那，海拔2632米。

由兩臺光學(xué)望遠(yuǎn)鏡組成光學(xué)干涉儀的工作原理圖。