用Python繪制一個(gè)仿黑洞圖像

更新時(shí)間：2023年02月24日 16:01:41 作者：微小冷

黑洞圖像大家都知道，畢竟前幾年剛發(fā)布的時(shí)候曾火遍全網(wǎng)，甚至都做成表情包了。本文就來(lái)用Python繪制一個(gè)仿黑洞圖像，希望大家能夠喜歡

簡(jiǎn)介

黑洞圖像大家都知道，畢竟前幾年剛發(fā)布的時(shí)候曾火遍全網(wǎng)，甚至都做成表情包了。

問(wèn)題在于，憑什么認(rèn)為這就是黑洞的照片，而不是一個(gè)甜甜圈啥的給整模糊了得到的呢？有什么理論依據(jù)嗎？

單位制

利用einsteinpy模塊中的Shadow類，可以實(shí)現(xiàn)黑洞吸積盤的發(fā)射強(qiáng)度，換言之，用理論模擬一下黑洞的照片應(yīng)該是什么樣子的。

22年5月份發(fā)布的是人馬座A*的照片，這個(gè)"黑洞"的質(zhì)量為8.26×10³⁶kg，距離地球26673光年。

根據(jù)源碼推測(cè)，einstenipy中采用幾何單位制，光速和萬(wàn)有引力常數(shù)設(shè)為1，即c=G=1?，F(xiàn)設(shè)幾何單位制下的時(shí)間、距離以及質(zhì)量單位為S,M,KG，國(guó)際制單位為s,m,kg，若以時(shí)間單位秒為基本單位，即1s=1S，由于幾何單位制下光速Sc=1M/S，則可得到距離單位的換算關(guān)系

同理，根據(jù)萬(wàn)有引力常數(shù)可得到質(zhì)量單位的換算關(guān)系

所以質(zhì)量和距離可以分別表示為

觀測(cè)繪圖

盡管我們?cè)诘厍蛏嫌^測(cè)這個(gè)黑洞，但由于相機(jī)鏡頭等因素，實(shí)際上肯定不能用這么大的尺度來(lái)觀測(cè)，所以稍微選一個(gè)差不多的距離就好

import astropy.units as u
from einsteinpy.rays import Shadow
mass = 1.98 * u.kg         
fov  = 100 * u.km
shadow = Shadow(mass=mass, fov=fov, n_rays=1000)

shadow就是其發(fā)射模型，其內(nèi)部用于繪圖的主要成員有

fb1 x xx負(fù)半軸
fb2 x xx正半軸
intensity 發(fā)射強(qiáng)度

下面繪制一下不同距離處的發(fā)射強(qiáng)度

import matplotlib.pyplot as plt
plt.plot(shadow.fb1, shadow.intensity, "r")
plt.plot(shadow.fb2, shadow.intensity, "r")
plt.xlabel("Impact Paramter (b)")
plt.ylabel("Intensity (Emissivity)")
plt.title("Intensity Plot")
plt.grid()
plt.show()

結(jié)果如下圖所示，果然中間凹了下去

einsteinpy內(nèi)嵌了繪圖函數(shù)，通過(guò)ShadowPlotter(shadow, is_line_plot=True)可以更加方便地繪制上述圖像，如果將is_line_plot設(shè)為False，則可得到強(qiáng)度分布圖

from einsteinpy.plotting import ShadowPlotter
obj = ShadowPlotter(shadow=shadow, is_line_plot=False)
obj.plot()
obj.show()
plt.show()

這樣一看是不是覺(jué)得和前面的那個(gè)甜甜圈確有相似之處。

這個(gè)模型是根據(jù)Cosimo Bambi的文章編寫的，論文地址在這：Cosimo Bambi, 10.1103/PhysRevD.87.107501。本來(lái)合計(jì)著把這篇文章的公式啥的粘過(guò)來(lái)解讀一下，但考慮到貼在這也沒(méi)人看，想想還是算了。

到此這篇關(guān)于用Python繪制一個(gè)仿黑洞圖像的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Python仿黑洞內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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