#LOL虚空女皇原画#【卑尔维斯精选故事《风车》】

“好吧。”卡莎重重地叹了口气,看着那形体在自己四周和头顶一齐展开。

怪物的双翼足有二十臂见方,完全占据了她的视野——卡莎没有办法移开视线,因为六条蠕动不停的人类手臂把她的脑袋顶在了墙上。怪物的形体不停扩张,渐渐填满这噩梦融汇成的海洋——它的家。一颗颗闪着寒光的牙齿都有一个成年人大小……而且还在变大。四只掠食者的眼睛俯视着卡莎,眼神冰冷。又或许是一种饿意。在这样的尺度下,着实难以分辨。

她更喜欢那怪物还是人形时的样子。

“好吧。”她又重复了一句。活体护甲僵在她的身上,动也不动,是因为敬畏?这套护甲其实是一只寄生怪,属于虚空吐出的低级生物之一。难道它会有敬畏的感觉吗?反正不管什么原因,她的身体被定住了。除非突然有什么极其意外的变故,不然这可能就是她最终的结局了。但是卡莎的求生意志仍然在挣扎:她向身后的墙体开火,弹体钻进了怪物的……嘴?还是咽喉?她想起了怪物的动作有多块。还有它硕大的身形。

迅猛又巨大。太完美了。

最后的挣扎似乎毫无效果,卡莎应该是死定了。但是至少不是完全的徒劳。最起码能弄疼它。

“我的真身令你感到了不快。”它说话了,语气出人意料地冷静。它的话音震耳欲聋,震开了空间拼接的夹缝,成千上万条虚空鮣鱼从边缘参差的洞口中倾泻而出。这个声音折弯一切、挤压一切,既是呢喃,也是狂啸。空间不断层叠,无边无际。百万个声音合成一支咏叹调。

卡莎瞪大了眼睛——她明白了。这就是每个人的去处。

不到一个小时,虚空就吞噬了那座曾经的城市,卑尔维斯。卡莎还没来得及赶到,一座曾经繁华的大都会便灰飞烟灭。所有事物。所有人。现在剩下的只是一个巨大的地坑,微微闪光,满地的碎片重新排成无法辨认的诡异形状——结构流变不停,像是在努力重组成生物的形体,或是人类的轮廓。如同一个孩子正在拼装一座积木城。

可是,人们都去哪儿了?瓦斯塔亚人呢?动物和植物呢?她一路奋战,穿过了残破的城市,钻入了空洞中心的地道,却没有看到任何人类的踪迹——只有新生的虚空恶物,例如带有虹彩光泽高达数里的触手,还有她觉得可以叫做“尖叫的躯干结成的圆球”。反正没什么道理。遭受虚空侵袭后的地方虽说不会好看,但总会留下些东西。

她现在知道为什么了。

“你就是这座城市。”卡莎透过反复回响的音墙挤出了一句话。“你就是……卑尔维斯。

“是的。”卑尔维斯轻振了一下它的——还是她?——翼翅。“他们的生命化作初始的构件,促成了我的诞生。记忆。情感。历史。我与卑尔维斯全无区别,这个名字也由我承继。

卑尔维斯宏伟的身躯须发贲张。金光在她鳐鱼状的形体上披下一道道隐约的斑纹,勾勒出虚空之海上一轮虚假的太阳,如同一个濒死世界的光环。新生的肉体逆着一股虚无的潮水摆荡,一条条血管短暂地亮起,然后自行抽离了她的表皮,每一根都是自成一国的活物。千万只虚空鮣鱼汇成的鱼群围绕着它们的女皇巡游,如同飞鸟在远方的峰峦上空盘旋。简直堪称美轮美奂。如果虚空有神祇存在,想必就是眼前这番景象。畸零可怖,狰狞诡异,美不胜收。

卡莎被眼前的滔天恐怖震撼得无以复加,甚至没有清楚地察觉到墙上的手臂不仅放松了,还把她降到了地面上。没有人能当即理解这一切。

它为自己选择了一个名字。她思忖着,下意识地扫开一只还在她肩上游弋的手。这不可能。

虚空的造物从不会为自己命名。绝大部分——比如雷克塞,名字都是取自恕瑞玛历史中所记载的概念。通常是因为有些极其幸运的人——或是不幸到了极点——在沙漠里碰上了这些怪物,又捡回了一条性命,世人才得以从他们口中听到关于虚空的描述。它们不曾显现过这样的头脑,

遑论关于自我的意识。但最关键的是,虚空生物不认为名字有任何价值。名字只是现实世界的做作发明,它们并不渴求。

那为什么她会这样?

“我会……阻止你,”卡莎嘴上说着,心里却不知道该怎么做,也不知道该瞄准哪里。“我会杀了你。”

“你做不到。”卑尔维斯的众多声音齐齐回答。“你无力行使即便是最低限度的反抗。在你之前有人试过,那是在我降生之前的年代。每一个妄想称雄的人,挥舞着自以为足以击退虚空的武器。然而最终统统化作食粮。残存的碎片——如果居然还能够残存,就变作这片淡紫之海的盐分。只有两个人活了下来,其中,只有你还保留了全然的心智。”

“两个人?”

“你,和你的父亲。”

卡莎感到有什么东西沉沉地压在了心口。无数念头在她脑海里疯转,将她推到即将疯狂的边缘。但是现在,她必须把全部精神集中到此时此刻。她不能大意,不管这个女皇是什么来路。它是憎恶的代表,是冷酷的灭绝之举化成的人格。

“你骗我,”卡莎怒道。“那不可能。”

“我从不欺骗,卡莎。”女皇说道。“因为我并不需要。虚空最终的胜利是不可动摇的绝对事实。不需要任何谎言、矫饰或者疑问。打开你的眼界,我将令你见证。”

空间开始收缩。卑尔维斯庞然的身躯伸展、扭曲,进而收拢——缩小成更容易辨认的样子。她无声地飘落,悬在了卡莎面前。卷须和眼柄移换位置,重构成一个几块形状拼合成的椭圆球体——形似人类的头颅。卑尔维斯用两张面孔注视着自己的觐见者,同时以双翼裹住自己的身躯,显出一个地位尊贵的女子高大的身形。

卡莎认定,收缩的过程比展开更加令人作呕。虽说视觉上和听感上也是出人意表地畸怪,却少了几分后者揭露真身时的庄严。

“你还活着是因为我的容许。”女皇的人类头颅发出深沉且永不满足的声音。“如今你也应该意识到了。”

卡莎刚想争辩,却猛然瞥见了地面上那条二十多米长的擦痕——方才只一击之下就让她滚了出去。卑尔维斯出手极快,卡莎甚至还没来得及反应发生了什么,女皇便将自己的身形在不到一分钟的时间里扩增了两百多倍。

并且看起来,她也掌控着这蠕蠕搏动的活体地狱——所谓的“淡紫之海”。现在不是发难的时机。

卡莎在脑海中飞速地进行计算,同时眼睛迅即四下打量,想要弄清楚自己的对手究竟有多少分量。卑尔维斯的面庞露出了饶有兴味的表情,唇形一翘,随即开始模仿卡莎的神色。

卡莎明白,自己已经输了。

一个人的思维有多快?反应速度又有多快?而这个怪物,集成了这么多人的精神……会是什么样的脑力。转眼间——即便是老谋深算的策士也只能勉强想出一个大概,卑尔维斯的脑海里便已掠过了亿万种可能。这座古老的城市所有存在过的人和事,为她提供了无法计数的记忆和经验。面对自符文之地诞生以来最所向披靡的敌人,每一个英雄被吞噬之后都化作了她神经突触间瞬时的反应。在卡莎来不及眨眼的一瞬之间,他们的情感就已经被分门别类,条分缕析,永远地成为了被欣赏注视的标本。

“那现在要怎么样?”卡莎承认道。

当你的对手已经有上千个答案,而你只有一条对策时,还能怎么办?

“你将追随我。”女皇转过身,飘过变异的珊瑚虫结成的厚毯——众多生物沿路向她恭敬地鞠躬。卡莎站在原地,看着这位主人无声地划过混乱不堪的废墟——支离的建筑、诡谲的肢体、缝合的残躯,还有泛着珠光的构体,就像是一个人在自己的花园中信步,只是残忍诡异得难以描述。

真棒,卡莎心说。就算是以虚空的标准来说,这也称得上诡异至极。

你有什么想问的,尽管问吧。”卑尔维斯说道。这话引起了卡莎的兴趣。

“好。那么,第一个问题……你究竟是什么?”卡莎不远不近地跟在女皇后面,她身上的护甲现在已经放松了下来,重新开始活动。一只玩具熊飘来,身上插着十几只鸥鸟的翅膀,正在努力保持平衡。卡莎强忍着作呕的冲动,把它推到一边。“这到底是怎么回事?你来自虚空的哪个部分?”

“我就是虚空,”卑尔维斯回答。“而这就是我们最终的归宿。”

卡莎狐疑地说:“但你说你是用人类创造的。还有这个城市。你说你想变成这座城市?”

“错了,”卑尔维斯说道。“虚空已经存在了上千年。早在第一颗星星在遥远太空中亮起之前,我们就已经在了。完美,独一,寂静。然后,出现了一个声音。

“从那低语中诞生了存在,我们被其浸染。我们受其影响。破坏。改造。无论如何挣扎,我们都无法再回到当初。我的先祖——监视者们——曾试图入侵并摧毁存在,却反而遭其玷污。从此渴望受到崇拜,渴望开悟……

“却在一夕之间,惨遭背叛。被迫彻底改变,最终受到扬弃。存在赋予了它们无法言喻的恨意。它们将毫不犹豫地为一切现实送葬。”

卑尔维斯行至一处断崖,俯瞰着下方宽阔的裂谷。透过虚假的斑驳阳光,卡莎看到岩壁上到处是巨大的孔洞。

虚空生物的隧道。就是这些东西,吃掉了塔莉垭的同胞,摧毁了卑尔维斯,吞噬了恕瑞玛东南方的帐篷之城。虚空吞噬的一切,最后都到了这里。

“然而,它们的蜕变并不完整。现在,才是真正的蜕变之始。”女皇笃定地说道。“我所图的不是一座城市。我们将成为你们。”

卡莎走上断崖的最高处,倒吸了一口气。她和卑尔维斯所俯视的并不完全是一座城邦,而是由虚空的珊瑚群组成的一张离奇巨毯,全是颠倒的恕瑞玛风格建筑,无边无际。虚空鮣鱼成群穿行,蜿蜒扭曲的街道上窜过形貌黑暗的生物。

举目怪怖。处处邪诡。没有一处是完整的形象,仿佛是进行到一半便灵感全失的画作。似乎它拼命想要的就是……

“不是的,”卡莎反驳道,也更像是在对自己说的。“虚空只想抹去一切。它无法存在。为了完成这里,你需要的是……一切。”

“对了,”卑尔维斯回答。“正是一切。我就是虚空。我将一口一口,将你的世界蚕食殆尽。而我必将永存,因为你毫无阻止我的手段。”

女皇看向卡莎,面色冷峻。志在必得。

“虚空的女儿,我愿与你谈个交易。我的世界必将涌现,因此你的世界必须终结。但对于先于我们到来的监视者们而言,我的存在是一种侮辱。造物会令它们如受炙烤,它们急于将你抹杀,也包括我,还有任何事物,只为杜绝那种痛苦。如若它们逃出了监牢,我们便再无力挽狂澜的机会。时间走至终点,万物归于尽头。”

卡莎盯着卑尔维斯的伪眼,感受到一种蛮横的决绝传遍周身。“你想彻底扫除我们。那么我又为什么要帮你呢?”

“帮我剿灭监视者,我就会宽限……你的同胞一段时间。可以是一个月。一年。或者更久。也许,这段时间可以让你找到杀死我的武器,或是足以与我抗衡的英雄。虽说你会失败……但你仍可尝试。我给你一个机会。这远比它们慷慨。”

卑尔维斯说完,转过去继续看着崖下她的新世界逐渐成形。卡莎的怒火开始升腾。

“如果我拒绝呢?如果我就在这里杀了你呢?”卡莎低吼起来。

“你做不到。”卑尔维斯断言。“你缺乏足够的意志、知识和能力。我是你唯一的机会。”

卡莎全身的护甲因为恐惧而剧烈地颤动起来,喷射荚开始升温。她努力想要控制,但寄生物似乎知道一些她不知道的事情。她还想挣扎,顺势将眼神从卑尔维斯身上挪开,想要——

糟糕。

女皇翅膀的锋利尖端捅进了卡莎的胸口,将她抬离了地面。卡莎竭力反击,暴雨一般的飞弹卷向女皇,灼热的紫色电浆呼啸飞溅,曾经可以撕裂虚空生物的光束打在卑尔维斯半透明的皮肤表面疯狂地扭动。

无济于事。毫无效果。

“虚空之女。你必须找到监视者,亲自验证我说的话。否则你的烛火会与所有人一起熄灭。这并非威胁。而是我的承诺。”

卑尔维斯放开钳制,卡莎旋即冲上高空——这片虚假的天空,倒映着卑尔维斯那异样的海面。淡紫色的城池在她身下发出微光,一个个门窗边沿包裹着形态各异、正在翻腾的发光异物。

卡莎冲进一条虚空物所掘出的隧道,向着眩目的天光飞去。女皇转过身,再次望了一眼她所梦想的世界。

卡莎撞开了恕瑞玛南部的沙漠地面,重重地栽倒在沙丘上。卑尔维斯城的轮廓在远处微微泛光,看不到任何已知生命的迹象,只有新生的怪物在进进出出,建设着即将孳生天下的家园——这是世界的癌症。

这副光景令人视之目眩,所有现实的经验在狂风中急剧地旋转。

“好吧。”卡莎重重地叹了口气,看着那形体在自己四周和头顶一齐展开……

这个99不一般——军迷看99大改主战坦克
2
火力/火控系统——有欣喜有担忧

根据此前陆续公开的资料显示,早期型99式的火炮、炮控系统本身便已经相当优秀.99大改在火炮、炮控系统上更大的可能是继续沿用了早期型99式的成熟部件,配合新一代125毫米弹药,火力性能是否继续保持领跑优势,是可以进行大胆猜测的。然而受制于时代技术水平,早期型99式火控系统采用的是“下反指挥仪式”,这成为了制约综合性能的一块短板。不过,随着VT-4相关信息的披露,、以及对99大改官方照片的分析,我们欣喜地发现,早期型99式火控系统的短板很可能在99大改上得到弥补。

上反稳像火控中,瞄准镜镜体刚性安装在炮塔顶部,在上反射镜的方向轴和俯仰轴上,分别安装了小型稳定系统,实现瞄准线的独立稳定。当车体颠簸带动瞄准镜镜体随炮塔摆动时,视场中的目标会向与炮塔运动相反的方向运动。这时,瞄准镜中的陀螺仪会测量出镜体摆动的角度,然后控制上反射镜向相反的方向摆动该角度的一半,使目标成像后依然位于视场中原来的位置,达到稳像的目的。从当前透露消息分析,VT-4这种我国新一代外贸坦克的顶级产品采用了带热成像通道,白光一热成像一激光三位一体的上反稳像瞄准镜,而且车长和炮长都有自己独立的热像仪,当前拥有这样配置的现役主战坦克只有MIA2、 “勒克莱尔”和“豹”2部分改进型。如果根据外贸型号技术水准要低于自用型号的“传统”来判断,我们完全有理由相信,99大改不但采用了上反指挥仪式火控系统,而且在技术水准上与VT-4相比只高不低,具有真正意义上的猎一歼能力和全天候作战能力。

然而,我们应该意识到,从稳像原理和镜炮同步原理可见,上反稳像火控系统具有如下优点:瞄准线稳定精度受外界扰动强度变化影响小;镜炮同步测量精度高,使用过程中不存在机械磨损使测量精度降低的情况;车辆运动中射手与瞄准镜之间没有相对运动,便于射手观察瞄准;夜视通道视场与昼间通道一起被稳定,不需要另外设置稳定装置;上反射镜由于有陀螺仪等稳定装置部件,体积较大,光通量也较大,利于提高夜视仪器的夜视距离和分辨力。

但是,安装在上反射镜上的稳定装置部件,使得上反射镜在高低向和方位向两个方向上的转动惯量增大,要实现瞄准线的高精度稳定,技术难度比下反稳像火控大,系统成本也较高。更重要的,由于采用电同步方式,在火控系统不通电工作时,无法实现镜炮同步,瞄准镜不能直接降级到人工装表工作方式,必须采用辅助瞄准镜(如美国M1系列坦克),或者采用辅助的机械同步方式来实现镜炮同步,这个问题对于残酷的战场环境来说究竟意味着什么我们还未可知,但心里隐约的担心终归还是有的。

不被看好的“人机工程性”
众所周知,在武器装备的生产和使用过程中,由于对“人一机一环”方面的因素考虑不足,有时导致装备的效能只能实现50%~70%。所以在坦克设计过程中,一个主要的任务就是要提高乘员的作战效能。要尽量保证最低的噪音和振动水平,将乘员与释放热能和热气的武器组件、动力装置和传动系统隔离开;乘员舱通风井能进行空气调节;上下坦克方便,并且所有乘员都能够紧急撤离坦克,车体底部有安全门;个人物品和装备方便取用;能够保存必要数量的食物和水,并且能够准备热饮食;在行军和战斗状态下有舒适的体态,并且能够任意改变姿势,以及轮流躺着休息,以及可靠的车外通讯和车内通讯。要完成这一系列要求,就要合理配置乘员工作位置,优化操作动作,选择最好的自动控制系统,改善乘员舱工作环境的各种参数。 “人机环工程”的各种仪表和操纵机构的布置应该保证乘员能够方便而轻松地操纵坦克、武器及各种设备,保证乘员之间能够相互往来,相互帮助及相互替换,使乘员能长时间地坚持在坦克内生活和战斗。比如在设计乘员工作位置的过程中,就要求做到专业操作区的最优化设计,并根据完成操作的特殊性来保证工作区域。同时必须考虑到,坦克重心距乘员身体的支承点越远,乘员感觉到的肌肉压力越大,疲劳越快,而且必须保证有必要的活动范围和视野,以及小憩和长时间休息的环境。

也就是说,既便是乘员吃喝拉撒睡等生活小事,都是坦克设计师必须着力解决的大事,这关系到战斗耐久性的问题。遗憾的是,在为99大改出现的诸多技术进步感到欣欣鼓舞的同时,很多军迷却对99大改在人机工程性方面的缺陷提出了“抗议”。从军迷的角度来看,进入新世纪以来,我国军工系统在大型复杂军事项目上的研发风格,越来越趋向于以“西方式的技术”去实现“苏式的设计理念”,特别是在坦克这类大型地面装备的研发上,这种风格的特点就愈发明显。很多军迷干脆认为,99系列坦克实际上是以消化后的西方技术进行“重构”的T-72,99大改依然跳不出这个窠臼;然而,苏式坦克一直沿着“坦克各舱室、机构和系统占用体积最小化”的道路发展,人机工程性一向是容易为人所忽视、却又切实存在的系统性缺陷。军迷们对99大改人机工程的担忧并非全无道理,事实上,我们应该看到,苏式坦克之所以追求战斗性能而部分放弃了人机工程性,有其深入的内在原因。冷战中,苏联致力于打一场短平快的“短期战争”,如果战争向长期化发展,对苏联来说将是灾难性的。

苏联人非常清楚,一切长期战争打的都是经济战,德国之所以输掉第二次世界大战,主要是因为它的经济能力远远逊色于反法西斯盟国。假设美国和苏联真的进行一场不用核武器的常规战争,时间拖得越长,对苏联就越不利。苏联的GDP直到20世纪80年代,都只是美国的70%,如果把美国及其盟国的GDP与苏联及其盟国的GDP做个对比,可能是两倍甚至三倍的优势。同时,更应该看到美国工业并不缺乏简明性,如果有必要,他们可以生产大量非常简单、只具备基本功能的工业产品。在这种情况下,包括坦克在内,苏联的武器装备对人机工程性考虑不周是可以理解的,如果要打一场决定性的非核“短期战争”,那么武器的战斗效能自然是第一位的,在人机工程性的问题上自然可以进行“妥协”。有人甚至认为,苏联坦克是一种昂贵的一次性消耗品。但问题在于,这种以过分追求紧凑以实现短时间战场效能的设计理念,对于作战使用环境和国家军事战略完全不同于苏联的我国来说,是否合理呢?

“未可知”的乐观

从20世纪70年代末期开始,

西方国家就利用航空电子系统综合化的先进技术,展开了车辆电子学技术的研究。但当时的研究工作主要局限在总线应用和电源管理系统的研究上。主要目的是为了实现电源的统一管理、分配和控制,简化线路和减少车内的布线。直到80年代中期,才真正开始从完整的网络化作战指挥控制系统的角度出发,构想把计算机控制、多路传输数据总线、数字通信传输等技术应用在坦克装甲车辆上,主要目的是提高坦克在实战中的战场信息管理和指挥控制能力。近10年来,综合电子系统在西方坦克大国得到了迅速的发展,美、英、德、法等国先后在其第三代主战坦克或改进型上实现了不同程度的电子系统综合化。已经装备使用的有法国“勒克莱尔”主战坦克的战场信息管理系统、美国MIA2主战坦克的“车际信息系统”、德国“豹”2主战坦克的“综合指挥与信息系统”和英国“挑战者”2主战坦克的“信息与通信系统”等。目前,这些国家还在利用迅速发展的电子信息技术,从性能和功能上不断改进和完善这些系统。有意思的是,进入90年代后期,由于技术领域的后发时间优势,我国坦克在车辆电子化技术上取得了长足进步,比如,在MBT-2000外贸型主战坦克内部,我们就在车长位置看到了一个车辆综合信息显示控制器,推测应该能提供数字地图、车辆诸元信息、文字信息的收发等功能,再联想到最近几年我国在航电系统中取得的突破性成就,军迷们完全有理由对99大改的数字化程度和“车际信息系统”持乐观态度。

结语

大多数坦克装甲车辆爱好者都有一个通病,他们总是在相互争论这种或那种坦克的优点和缺点,并试图提出各自的建议和要求。然而问题是,坦克和任何其他类型的装甲车辆一样,并不是一种万能武器。因此,在提出技术改进方案之前,需要制订出明确的车辆技术任务书。任务书应该考虑到,在战场上车辆不是独自作战,而是要同其他战车、分队及军兵种协同作战。在指挥组织失当的情况下,任何全能的、威力强大的战车都是无济于事的。同时,有很多实例表明,在组织指挥协同作战得当的情况下,那些装备较之对手差很多的军队,也能够取得胜利。当您在想象未来车辆应该是什么样子时,不要试图把您所能想到的所有东西都塞到这辆战车上,而应该想一想这辆车是用来干什么的,对于不同的任务,需要用不同的专用车辆来完成,万能的武器是不存在的。所以,我国军迷对99大改欢呼雀跃当然值得肯定,但过分的乐观却又是不必要的。更何况,判断一辆坦克的实际水平如何,除了“照片”中所能见到的“表像”外,还有一些看不到的关键,比如,结构的工艺性是否适合批量生产?部件是否具备高度的统一化和标准化?在长时间行使战斗职能的情况下,可靠性如何?保养工作量是否最小,定期保养的间隔时间长短与国外坦克相比究竟如何?是否可以使用简单的随车维修工具在战场环境下方便地进行拆装等。如果将这些加以考虑,99大改的“真相”自会得到证明。

#黑洞是如何形成的# 黑洞偏振照片发布!中科院上海天文台深度参与研究「中国科普博览」

北京时间2021年3月24日晚10点,曾成功捕获人类有史以来首张黑洞照片的事件视界望远镜(EHT)合作组织,又为揭秘M87超大质量黑洞提供了一个崭新视角:它在偏振光下的影像(图1)。

图1.(上)偏振光下M87超大质量黑洞的图像,图中线条标记了偏振的方向,它与黑洞阴影周围的磁场有关。(图片版权:EHT合作组织)

偏振片只允许特定方向的偏振光通过。下面这个动画显示了黑洞偏振图像在通过一个偏振平面不断旋转的偏振片后的变化。(视频版权:EHT合作组织)

大家还记得2019年EHT发布的首张黑洞照片吗?

图2. 2019年EHT发布的首张黑洞照片(图片版权:EHT合作组织。)

对比下这两张照片,是不是这次的新照片看起来清晰度更高一些?难道是EHT升级了望远镜阵列,像手机升级摄像头一样,提高了像素?并非如此。我们看到的新照片,其实与首张黑洞照片来自于同一批成像观测,但是这张“照片”是通过处理偏振信号获得的,所以我们称之为“黑洞在偏振光下的影像”。

这是天文学家第一次在如此接近黑洞边缘处测得表征磁场特征的偏振信息。该结果对理解距离我们5500万光年的M87星系如何产生能量巨大的喷流十分关键。

那么,什么是偏振呢?让我们从头说起。

什么是电磁波的偏振?

偏振(也称极化)是横波的一种属性,指横波在与其传播方向垂直的平面内沿着某一特定方向振荡的性质。光是一种电磁波,由耦合振荡的电场和磁场组成,而电场和磁场的振荡方向总是互相垂直的。在自由空间里,电磁波是以横波方式传播,即电场与磁场又都垂直于电磁波的传播方向(图3,上)。按照常规,电磁波的“极化”方向指的是电场的振荡方向。

图3. (上)电磁波传播示意图。(下)非偏振的入射光经过线偏振片后成为线偏振光,再次经过四分之一波片之后变成(从接收端看)左旋圆偏振光。

如果电磁波的电场只在一个方向上振荡,则称为“线偏振”。若随着电磁波的传播,电场的振荡方向是以电磁波的波频率进行旋转,并且电场矢量的矢端随着时间勾绘出(椭)圆型,则称此电磁波为“(椭)圆偏振”;对于这两种情形,又可按照电场矢量旋转的方向分为“右旋(椭)圆偏振”和“左旋(椭)圆偏振”。

一般生活中的光,比如太阳光、白炽灯光等,振动在各个方向是均匀分布的,称为非偏振光。偏振光的产生可以通过多种方式实现,常见的方法是让非偏振光通过一个偏振片,只让沿着某特定方向偏振的光波通过。而线偏振光经过四分之一波片后可变为椭圆偏振光,并在特定角度下(当线偏振光的振荡方向与波片光轴方向成±45°时)变为圆偏振光(如图3,下图所示)。

为什么EHT能拍摄到黑洞边缘的偏振?

在射电天文领域,我们接收到的大部分天体信号是偏振光,例如黑洞产生的喷流,其射电波段的辐射对应的主要是相对论性电子(速度接近光速)在磁场中沿弧形轨道运动时所发出的光,专业名词称作同步加速辐射。

由于偏振辐射是个包含大小和方向的矢量,通常在小尺度致密区域探测到的偏振辐射比较明显,接近真实的情况,但若是没有足够的分辨本领探测这些区域内偏振辐射的话,观测到的偏振特征就会由于叠加效应而被削弱。

此外,由于不同致密区域的法拉第旋转等效应,即指在磁化介质中偏振的方向会发生旋转,会削弱偏振特征,也会造成在黑洞边缘区域难以探测到明显的偏振。值得注意的是,法拉第旋转效应所造成的偏振方向旋转的幅度跟波长的平方成正比,即波长越短,旋转幅度越不明显,其偏振的特征越不容易被削弱。

此次EHT能够拍摄到黑洞阴影周围的高分辨率偏振图像,主要归功于两点:一是EHT的高分辨本领,让科学家们能够分解开这些致密区域;二是观测波段在短毫米波段,从而大大削弱了法拉第旋转效应的影响。

怎样拍摄黑洞偏振图像?

此次获取的M87黑洞偏振图像与首张黑洞照片来自于同一次成像观测(Event Horizon Telescope collaboration et al. 2019)。EHT在为黑洞进行拍照观测时就充分考虑到了偏振成像(江悟等,2019),因此,在接收和记录电磁波信号时,已将能恢复电磁波偏振信息的两路正交偏振信号采集并记录了下来。

为了获取2019年4月10日宣布的首张黑洞照片(总强度图),需处理各个台站间相同偏振方向的互相关数据。而为了获得此次发布的偏振图像,则更加复杂,还需要对所有台站之间的交叉偏振信号进行处理,其中的难点在于对台站偏振参数进行校准。所谓台站偏振参数,指各个台站实际接收偏振信号时,原本期待接收两路“干净”的偏振信号,但实际上接收的其中一路偏振信号,难免会“掺杂”有另一路偏振的信号。

图4.本文作者及合作者于2019年7月15日至19日在位于德国波恩的马普射电天文研究所进行的EHT偏振校准工作会议期间合影。这次会议主要是针对M87偏振观测数据的校准及成像。(照片来源: E. Traianou/马普射电天文研究所。)
为了能及时对M87黑洞进行偏振成像,在首张黑洞照片发布后的第3个月,EHT合作组便在位于德国波恩的马普射电天文研究所举行了为期一周的主题为偏振校准及成像的工作会议(图4,上)。

如今回想起来,当时会议过程也是一波三折。由于一开始用预选的校准源来对M87的偏振数据进行校准测试,并没有得到预想的结果,大家都开始担心起来。直到会期中间,替换了另外的校准源,且直接用M87的观测数据本身做偏振校准,结果不同的小组利用不同方法都可以得到比较一致的初步结果(图4,下)。大家这才发现,由于预选的校准源偏振结构复杂,并不适合用作校准源。这时大家才放下心来。后来,又经过长期的工作和反复讨论,才最终敲定黑洞偏振图像的结果(Event Horizon Telescope collaboration et al. 2021a)。

偏振图像可以告诉我们什么?

EHT在事件视界尺度上对M87超大质量黑洞周围的偏振辐射进行的成像,可以用来探测黑洞附近磁场和等离子体的性质,从而理解黑洞如何“吞噬”物质并发出能量巨大的喷流(Event Horizon Telescope collaboration et al. 2021b)。

观测发现黑洞图像的线偏振度较低,表明偏振结构在比EHT的分辨本领更小的尺度上被扰乱,这或许是由黑洞周围辐射区域内局部的法拉第旋转所造成。同时,图1中的线条(偏振的方向)所展示的图案意味着该辐射区域存在有序的磁场结构。

通过与广义相对论磁流体动力学理论模拟生成的大量黑洞偏振图像的定量比较,研究团队发现,只有以强磁化气体为特征的理论模型才能解释在事件视界看到的情况并产生足够强的相对论性喷流。这些成功的模型可进一步推断M87中黑洞的物质吸积率的大小(即黑洞吞噬物质的快慢),即每千年吞噬0.3到2倍太阳质量的物质。这些结论大大加深了我们对黑洞周围物理环境的理解。

下一步和未来

从观测上直接接近黑洞的边缘,从而在几个史瓦西半径的尺度上不断探索黑洞周围的时空特性和物理过程,这代表着人类认识宇宙手段的一大突破。

然而,目前的EHT阵列中,望远镜数目仍然较少,基线覆盖还比较稀疏,尤其是,由于银心黑洞受到星际散射的影响以及相比目前成像所需时间(数个小时)要快得多的结构变化,成像并非易事。

鉴于此,EHT合作在M87黑洞首次成像后,提出了下一代EHT计划(即next generation EHT, ngEHT),计划在近10年内完成。ngEHT计划通过在地球上布设更多的亚毫米波望远镜、增加观测灵敏度及频率覆盖等来提升黑洞成像的质量并提供更多观测信息,尤其是要提升成像速度以进一步制作黑洞“动画” (Blackburn et al. 2019)。

同时,国际上也在探讨、预研空间亚毫米波阵列(Haworth et al. 2019),以此进一步提升黑洞成像的质量及效率。

由于地球的自转,东亚地区的台站将会是拍摄黑洞动画所需的成像接力中不可或缺的部分。目前,日韩等都已在积极致力于这一国际努力。例如,韩国目前正在平昌建设新的亚毫米波望远镜,有望在未来几年内加入EHT阵列。实际上,由于中国幅员辽阔并且存在优良的亚毫米波望远镜台址(如西部地区),若是在这些地区布设亚毫米波望远镜的话将会提供黑洞成像/摄像所需的独特基线覆盖。

如果说我们目前已经积极参与到黑洞成像这一国际合作项目的话(路如森等,2019),在黑洞成像/摄像开展得如火如荼的今天,笔者不禁思考:我国何时才能拥有一台真正属于自己的亚毫米波(VLBI)望远镜甚至一个阵列?

希望这一天离我们不太遥远。
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