人类史上首张黑洞照片面世！

　　北京时间10日晚9时许，包括中国在内，全球多地天文学家同步公布首张黑洞真容。这一由200多名科研人员历时10余年、从四大洲8个观测点“捕获”的视觉证据，有望证实爱因斯坦广义相对论在极端条件下仍然成立。

　　这是人类第一次凝视曾经只存在于理论中的天体——黑洞，一种体积极小、质量极大的天体，如同一个宇宙“吞噬之口”，连光也无法逃逸。

　　露出真容的黑洞，位于室女座一个巨椭圆星系M87的中心，距离地球5500万光年，质量约为太阳的65亿倍。它的核心区域存在一个阴影，周围环绕一个新月状光环。

　　百余年前，爱因斯坦的广义相对论率先对黑洞作出预言，从此成为许多科幻电影的灵感源泉。科学家陆续通过一些间接证据证实了黑洞的存在，但人类始终没有真正“看到”过黑洞。

　　“这是人类获得关于黑洞的第一个直接视觉证据，证实了爱因斯坦广义相对论在极端条件下仍然成立。”参与国际合作的中方科学家、中国科学院上海天文台台长沈志强说。

　　质量极其巨大的黑洞，是宇宙中的神秘存在。这次通过分布全球的观测点组成一个口径如地球大小的虚拟望远镜——黑洞事件视界望远镜，顺利实现在1.3毫米波长的观测，并经过长期的数据分析，成功“捕获”黑洞的影像。

　　由于需要极高的灵敏度，组成全球网络的8个射电望远镜分布在多个高海拔地区，包括夏威夷和墨西哥的火山、西班牙的内华达山脉、智利的阿塔卡马沙漠、南极点等。“这些望远镜的分辨率相当于能在黑龙江漠河阅读南沙群岛上的一张报纸。”中方科学家、上海天文台研究员路如森说。

　　“看”得远、“看”得清仍然不够，给黑洞拍照还要“看”得准。“观看电视节目要选对频道，黑洞影像也必须在合适的波段才能观测。”路如森说，最佳波段在1毫米附近，这一波段的黑洞光环最明亮，而背景“噪音”又最小。

　　该国际合作项目负责人、哈佛大学教授谢泼德·多尔曼表示，过去10多年里，技术的突破、全球天文台的合作等，让人类最终打开了一个观测黑洞的全新窗口。

　　虽然可能有人搞不懂爱因斯坦、

　　霍金那些科学大佬的

　　黑洞理论

　　但大家可以通过电影脑补

　　《星际穿越》可以说是

　　呈现黑洞的佳片了

　　飞离地球、穿越虫洞、

　　遇到黑洞、到达五维空间

　　……

　　简直是畅游太空

　　模拟图片

　　每部电影里的黑洞都不一样

　　颜值和能力各异

　　但他们有几个共同特点：

　　一是长得

　　像个大漩涡

　　二是都有

　　超强吸引力

　　三是会

　　改变时间、空间

　　你也许还对这些问题感兴趣：

　　黑洞是如何形成的？

　　黑洞到底有多黑？

　　科学家是如何拍到黑洞的？

　　探 知 黑 洞

　　人类的首张黑洞照片，是由全球8个望远镜共同拍摄。而背后则是全球30多家科研院所的科学家们的共同努力。

　　2017年的4月5日到14日之间，科学家们进行了“地球级”观测计划，他们利用分布于全球不同地区的8个射电望远镜阵列，组成一个虚拟望远镜网络，目标是银河系中心的巨大黑洞——人马座A*的视界面。

　　人马座A*。

　　这个虚拟的望远镜网络被称为“事件视界望远镜”（Event Horizon Telescope， EHT）。这个名词有点拗口：“事件视界”，或者被翻译成“视界面”，是什么意思？

　　当年，爱因斯坦提出，引力可视为时空扭曲。他的方程预言，当一个物体的质量不断塌缩，就能隐蔽在事件视界（event horizon) 之内——这个界限内，其引力强大到连光都无法逃脱。

　　这就是“黑洞”。

　　连光线都无法逃脱，我们如何看到“黑洞”？

　　事实上，当黑洞“吞食”其他天体时，吸入的物质在掉入视界面前会产生一个围绕黑洞旋转的吸积盘。当气体朝着黑洞落下被加热到数十亿度高温时，会发出强烈的辐射，会让事件视界看起来像“剪影”。

　　电影《星际穿越》中的黑洞，电影艺术地表现了吸积盘的形态

　　我们说回EHT项目的观测目标——人马座A*。这个超大质量黑洞位于银河系中心。尽管它比太阳重了400万倍，但因为这个黑洞距离我们太遥远(约两万六千光年），仍然很不容易看到。看到人马座A*所需的分辨率是哈勃空间望远镜的2000倍。EHT项目组这样形容其观测难度：相当于在纽约看清一个位于洛杉矶的高尔夫球上的每个小洞。

　　观测黑洞视界的最佳波段约为1毫米，因为气体在这个波段的辐射最明亮，而且无线电波也可以不被阻挡地从银河系中心传播到地球。接近黑洞时，无线电波就像是池塘里的圆形涟漪，但是当其到达地球时，这些涟漪已经成为平面状。在这个波长上为黑洞“拍照”，需要口径像地球一样大的望远镜。

　　这恰恰利于发挥射电望远镜“集团作战”的优势——天文学家将相隔一定距离的多台射电望远镜观测同一方位，甚至可以用多台较小的望远镜得到超过大型望远镜的精度。这种模式被称为甚长基线干涉测量（Very—long—center interferometry，简称VLBI）。

　　EHT项目使用到的望远镜包括：位于南极的SPT；位于智利的ALMA；位于智利APEX；位于墨西哥的LMT；位于美国亚利桑那州的SMT；位于夏威夷的JCMT；位于夏威夷的SMA；位于西班牙的IRAM 30m。（多说一句，这个项目还在不断加新，比如位于格陵兰岛的GLT。在今后的观测中也会大显身手。）

　　这其中，最关键的成员要属位于智利的ALMA，它的加入将EHT的灵敏度提高了十倍。

　　EHT利用世界不同角落的射电望远镜，组成网络来模拟“地球级”望远镜。每一个射电望远镜都收集并记录来自于黑洞附近的无线电波信号，然后再将数据集成，并计算出事件视界的图像。

　　为了得到清晰的图像，必须保证无线电信号到达每个望远镜的时间极其精确。

　　观测期间记录的数据量也是海量。一次普通的五天观测期间，每座望远镜会搜集约500TB的数据，整个数组产生的数据约7PB（等于7000TB），将装满1000至2000个硬盘。

　　这么多的数据已经不可能靠网络传递，EHT用最原始，也是最可靠的办法——把硬盘用飞机运到位于美国马萨诸塞州的MIT海斯塔克天文台以及位于德国波恩的马克斯普朗克电波天文研究所进行处理。

　　在那里，超级计算机矫正光波抵达不同望远镜的时间差，并把所有数据集成。这些经过校准的资料被用来合成黑洞照片。这些工作并不容易，“洗照片”的时间花了一年多，直到今天，我们才获得这张照片。而该项研究，或许会完善我们对黑洞、引力，甚至是对宇宙的认知。