距离地球2200多光年，同步观测秦始皇登基，爱因斯坦错了吗？

rickyckk

黑洞的照片公布，爱因斯坦的相对论再次上了实锤。相对论告诉我们，光速不可超越，时间旅行被严格禁止，但架不住同学们热情啊。四月十号，黑洞照片的公布，又一次燃起了大家对于穿越的希望，既然公布的照片是5500万光年外的实在，那么我们现在不正是在见证宇宙5500万年前曾经的历史吗？
爱因斯坦
$ G: u! N- P) N6 `! m有同学提出问题了，那么在距离地球2200多光年的位置，假设对方拿起设备同样对着地球来一番操作，那么在理论上，他们不是正在观看秦始皇登基这一画面吗？历史会不会就是这样存放在整个宇宙中，等待我们去发掘呢？
秦始皇登基
我的爱好是写科普，先给结论吧，以人类目前掌握的技术来说，不可能。
落后的先进技术
所谓前沿科技，往小了说就是粒子，往大了说就是天文。玩粒子靠对撞机，玩天文靠望远镜。作为人类文明最前沿的科技领域之一，人类探索宇宙，其实手段非常原始，几乎全靠“电磁波”和“光”，前者用锅盖，后者用镜头。 光，本质上也算电磁波，所以呢，人类仅仅依靠接收各种各样的电磁波来获取外面世界的所有信息。
我们先不谈怎么从2200多光年外看一个人直播秀这样的骚操作，我们先谈谈怎么在这个距离上，看到我们的地球。人类目前最了不起的光学望远镜，开普勒就是用来寻找类地行星的，它主要是通过观察“凌日”现象搜寻类地行星。
凌日现象
提炼知识点——“凌日现象”：行星绕着恒星转，绕到前面就会把恒星的光挡住一部分，理论上我们观察恒星就会暗一点点点点。超级劲爆的是，开普勒可以观察到如此细微的光线变化；超级可悲的是，这就是人类获取的关于这个行星的所有信息。
* \, G$ S3 H4 d6 G根据光线变化的周期计算行星的轨道半径，根据光线变化的强度计算行星的大小，这就是所有的信息，然后再推算出其他的参数和可能。至于2200光年外的“地球”有没有水？有没有生命？我们仅仅只是看到了它挡住恒星时的光线变化而已。说好听点，也就见了个影子，说难听点，灰尘遮了镜头也一样的效果。
- m+ v) |# _! P1 u; Q1 @% j0 v在这样的操作下，你想用开普勒看一场秦始皇上位的直播？当然还不行，分辨率不够啊！
开普勒天文望远镜
由于光的波动性，即便是对焦完全准确，一个点成的像也不是一个真正的点，而是弥散的、模糊的。这就产生了一个理论的最高分辨率——衍射极限。衍射极限的公式是：θ=1.22λ/D
5 k  W; n1 T1 X/ nθ就是最小分辨角，而λ则是光的波长，可见光的波长在400～760nm之间。而D就是直径。
4 k7 \  J8 c7 t8 {& t/ b2200光年之外，要看到一个人，大约需要10cm的分辨率，对应的，最小分辨角θ，就是4.8x10^-21。代入波长为500纳米，可以计算得到，我们需要0.01光年直径的透镜！
/ I: E- q. D1 u6 ^. {" t2 ^* G+ Z大家在默念一花一世界一念一菩提之余，静心的将这个巨大无比的望远镜对准2200光年外的太阳试试，看看你是看到了直播还是被闪瞎了狗眼？
后期制作耗时难以想象
黑洞照片示意图
同学们听到这里应该傻眼了，可是有人不服气，黑洞照片用的好像不是光学望远镜嘛，这不5500万光年的照片都出来了，用这种逆天科技如何？
本猫喝口水，继续给大家讲讲这快烂大街的科技，如何逆天。黑洞照片其实早在2017年4月份就已经完成拍摄，但直到今天，过了整整两年，才有了第一张的照片。这不是由于科学家们拖延症集体发作所致，是真的需要这么长的时间来折腾洗片。
用相隔两地的两架射电望远镜接收同一天体的无线电波，等效分辨率可以等同于一架口径相当于两地之间距离的单口径射电望远镜。早在九十年代初，十几个国家就开始联合搞“平方公里阵列射电望远镜”（缩写SKA），项目最终落户澳大利亚。 整个平方公里阵列射电望远镜，要用3000个“锅"，分布跨度超3000公里，锅的合计面积达1平方公里，计划2024年完工，能探测到50光年外的普通雷达信号,这些锅的信号同步精度要达到十亿分之一秒，而每秒钟产生的数据有600000GB，为此得专门配一台每秒运行100亿亿次的超级计算机（是当前最快计算机的1000倍）。
EHT
  [! U/ q8 x7 m+ R$ {- \这次拍摄到位于五千多万光年之外的超大质量黑洞，比SKA更猛！科学家们是真的拼了命，居然动用了分布在全球的8个天文台的射电望远镜，组成了一个虚拟口径的天文望远镜，称之为事件视界望远镜（EHT），利用“甚长基线干涉”原理，同时对目标进行拍摄，其等效分辨率达到了地球的直径！从而有能力分辨出遥远黑洞的事件视界。实际的观测时间只有十天，但产生了海量的观测数据，相当于大型强子对撞机在五年内产生的数据。
; i) h* C: M0 I" J9 j% m这些望远镜一晚上就能产生2PB的数据（1PB=1000TB=1000000 GB），这么一个巨量的数据，网络传输根本无法操作，只能够利用快速读写硬盘，把这些数据实时地存储在硬盘里面。如果按照观察10天计算，每台计算机就会产生：10*24*3600*32=27648000G数据，那么全球8台，产生的数据就是221184000G的数据。记录在硬盘中的数据，据说是使用卡车，送到两个独立的数据中心——马克斯·普朗克射电天文学研究所和麻省理工学院。在那里，数据被超级计算机分别进行独立处理。
硬盘存贮示意图
就这么整整“冲洗”了两年的时间，才出来这么一张玩意。还请大家注意一点，这个黑洞质量是太阳的680万倍，其吸积盘每时每刻都由于吞噬巨量物质辐射出剧烈的α射线。那么我们如果假定秦始皇登基时也可以获得如此耀眼的光环效应，那么想看直播的各位，我们按照每秒36帧的要求，看一分钟如何？大家耐心等待4320年吧。
太空照片？太空照骗！
同学们看到的绚丽无比的太空照片，大多数都是NASA拍的。望远镜拍照曝光时间很长，有各种乱七八糟的射线打上去形成的噪点，筛选之后，根据不同电磁信号，进行后期上色处理，简单的说，那叫PS吧。
“颜色”这个词，也是非常主观的词，在物理学用的很少。标准的描述就是波长在380nm～780nm之间的可见光。当波长超过这个范围，同学们睁着眼也是瞎，也就无所谓颜色了。天文望远镜更是如此，红外、紫外、X射线、伽马射线等等，统统照单全收，一个不漏的都给你拍下来，如果不做上色处理，大伙又不是皮皮虾，人眼是没法看的。
创生之柱上色发布图
创生之柱原始拍摄图
2 Q1 k- I) K9 D( o, V4 b所以，归根到底，同学们妄图通过现在技术手段下锻造的天文望远镜看秦始皇的登基大典，从理论上来说，除非你的大脑自带超级计算机处理程序功能，否则是不可能实现的愿望啊。
4 D. P' c  K; _# S为什么我们仰望星空？
5 }; x9 \1 R. r+ I$ N% d2 l8 a话题聊到这里，也到了结束的时候了。
: K% F6 f4 }9 T; l既然看不到秦始皇登基直播，那么我们为什么还这么热衷于仰望星空呢？
射电望远镜阵列
人类是好奇的种族，人类目前所认识的宇宙，全是靠收集电磁波得来的。这些手段能更细致更丰富的收集电磁波，让我们更全面的了解宇宙。虽然不可能一下子就解决宇宙起源、星系演化、引力本质、地外文明、暗物质暗能量等等问题，起码也能了解更多的信息。
5 A8 @# H! t& Q8 M1 c/ i1 ^) D至少，我们验证了相对论，手上也多了一个引力波，未来还是有希望的。努力吧，少年强则中国强！少年娘则中国娘！
3 t' s* E& n" A我是猫先生，感谢阅读。

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