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美國國家航空航天局新的黑洞可視化技術將觀眾帶到了邊緣之外

發表于 2025-12-10 08:59:44 來源：桑間濮上網

美國國家航空航天局新的黑洞可視化技術將觀眾帶到了邊緣之外。圖片來源：uux.cn美國宇航局戈達德太空飛行中心/J. Schnittman 和 B. Powell
（神秘的航空航天地球uux.cn）據美國宇航局（弗朗西斯·雷迪）：有沒有想過當你掉進黑洞時會發生什么？現在，多虧了美國國家航空航天局超級計算機上制作的局新技術將觀一種新的沉浸式可視化，觀眾可以一頭扎進事件視界，黑洞可到邊這是視化黑洞的不歸路。
“人們經常問這個問題，眾帶模擬這些難以想象的美國過程有助于我將相對論的數學與現實宇宙中的實際后果聯系起來，”馬里蘭州格林貝爾特NASA戈達德太空飛行中心的航空航天天體物理學家Jeremy Schnittman說，他創建了這些可視化。局新技術將觀“所以我模擬了兩種不同的黑洞可到邊場景，一種是視化相機——一個勇敢宇航員的替身——剛好錯過了視界，彈弓又飛了出來，眾帶另一種是美國它越過了邊界，決定了它的航空航天命運。”
可視化有多種形式。局新技術將觀解說員的視頻充當了觀光向導，闡明了愛因斯坦廣義相對論的奇異效果。以360度視頻呈現的版本可以讓觀眾在旅途中環顧四周，而其他版本則以平面全天空地圖的形式播放。
為了創建可視化效果，Schnittman與戈達德科學家Brian Powell合作，使用了美國國家航空航天局氣候模擬中心的Discover超級計算機。該項目生成了約10 TB的數據，相當于美國國會圖書館估計文本內容的一半，僅在Discover 12.9萬個處理器中的0.3%上運行了約5天。同樣的壯舉在一臺典型的筆記本電腦上需要十多年的時間。
目的地是一個質量是太陽430萬倍的超大質量黑洞，相當于位于銀河系中心的怪物。
Schnittman解釋道：“如果你有選擇的話，你想落入一個超大質量黑洞。”。“恒星質量的黑洞包含大約30個太陽質量，具有更小的事件視界和更強的潮汐力，可以在接近地平線之前將其撕裂。”
之所以會發生這種情況，是因為靠近黑洞的物體一端的引力比另一端強得多。令人著迷的物體像面條一樣伸展開來，天體物理學家稱之為“面條化”。
模擬黑洞的視界跨度約為1600萬英里（2500萬公里），約為地球到太陽距離的17%。一個被稱為吸積盤的扁平、旋轉的熾熱氣體云圍繞著它，并在秋天作為視覺參考。被稱為光子環的發光結構也是如此，它們通過繞黑洞一次或多次的光在離黑洞更近的地方形成。從地球上看到的星空背景完成了這一場景。
當相機接近黑洞，速度越來越接近光本身的速度時，吸積盤和背景恒星發出的光芒會被放大，就像迎面而來的賽車發出的聲音一樣。當觀察行進方向時，它們的光線看起來更亮、更白。
電影開始時，攝像機位于近4億英里（6.4億公里）外，黑洞迅速占據了視野。一路上，黑洞的圓盤、光子環和夜空變得越來越扭曲，甚至在它們的光穿過越來越扭曲的時空時形成多個圖像。
實時地，相機需要大約3個小時才能降落到視界，沿途執行幾乎兩個完整的30分鐘軌道。但對于任何從遠處觀察的人來說，它永遠不會到達那里。隨著時空越來越接近地平線，相機的圖像會變慢，然后似乎會在接近地平線時凍結。這就是為什么天文學家最初將黑洞稱為“凍結的恒星”
在事件視界，甚至時空本身也以光速向內流動，這是宇宙速度的極限。一旦進入黑洞，相機和它移動的時空都沖向黑洞的中心——一個被稱為奇點的一維點，我們所知道的物理定律在這里停止運作。
Schnittman說：“一旦攝像機越過地平線，距離它被消滅只有12.8秒的時間。”。從那里到奇點只有79500英里（128000公里）。航程的最后一段在眨眼之間就結束了。
在另一種情況下，相機的軌道靠近事件視界，但它從未越過并逃到安全地帶。如果一名宇航員駕駛航天器進行這6小時的往返飛行，而她在母船上的同事遠離黑洞，她將比同事們年輕36分鐘返回。這是因為在強引力源附近，當以接近光速的速度移動時，時間過得更慢。
Schnittman指出：“這種情況可能會更加極端。”。“如果黑洞像2014年電影《星際穿越》中那樣快速旋轉，她會比她的同伴年輕很多年回來。”

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