人類史上首張黑洞照片面世！

　　北京時間10日晚9時許，包括中國在內，全球多地天文學家同步公佈首張黑洞真容。這一由200多名科研人員歷時10餘年、從四大洲8個觀測點“捕獲”的視覺證據，有望證實愛因斯坦廣義相對論在極端條件下仍然成立。

　　這是人類第一次凝視曾經只存在於理論中的天體——黑洞，一種體積極小、質量極大的天體，如同一個宇宙“吞噬之口”，連光也無法逃逸。

　　露出真容的黑洞，位於室女座一個巨橢圓星系M87的中心，距離地球5500萬光年，質量約爲太陽的65億倍。它的核心區域存在一個陰影，周圍環繞一個新月狀光環。

　　百餘年前，愛因斯坦的廣義相對論率先對黑洞作出預言，從此成爲許多科幻電影的靈感源泉。科學家陸續通過一些間接證據證實了黑洞的存在，但人類始終沒有真正“看到”過黑洞。

　　“這是人類獲得關於黑洞的第一個直接視覺證據，證實了愛因斯坦廣義相對論在極端條件下仍然成立。”參與國際合作的中方科學家、中國科學院上海天文臺臺長沈志強說。

　　質量極其巨大的黑洞，是宇宙中的神祕存在。這次通過分佈全球的觀測點組成一個口徑如地球大小的虛擬望遠鏡——黑洞事件視界望遠鏡，順利實現在1.3毫米波長的觀測，並經過長期的數據分析，成功“捕獲”黑洞的影像。

　　由於需要極高的靈敏度，組成全球網絡的8個射電望遠鏡分佈在多個高海拔地區，包括夏威夷和墨西哥的火山、西班牙的內華達山脈、智利的阿塔卡馬沙漠、南極點等。“這些望遠鏡的分辨率相當於能在黑龍江漠河閱讀南沙羣島上的一張報紙。”中方科學家、上海天文臺研究員路如森說。

　　“看”得遠、“看”得清仍然不夠，給黑洞拍照還要“看”得準。“觀看電視節目要選對頻道，黑洞影像也必須在合適的波段才能觀測。”路如森說，最佳波段在1毫米附近，這一波段的黑洞光環最明亮，而背景“噪音”又最小。

　　該國際合作項目負責人、哈佛大學教授謝潑德·多爾曼表示，過去10多年裏，技術的突破、全球天文臺的合作等，讓人類最終打開了一個觀測黑洞的全新窗口。

　　雖然可能有人搞不懂愛因斯坦、

　　霍金那些科學大佬的

　　黑洞理論

　　但大家可以通過電影腦補

　　《星際穿越》可以說是

　　呈現黑洞的佳片了

　　飛離地球、穿越蟲洞、

　　遇到黑洞、到達五維空間

　　……

　　簡直是暢遊太空

　　模擬圖片

　　每部電影裏的黑洞都不一樣

　　顏值和能力各異

　　但他們有幾個共同特點：

　　一是長得

　　像個大漩渦

　　二是都有

　　超強吸引力

　　三是會

　　改變時間、空間

　　你也許還對這些問題感興趣：

　　黑洞是如何形成的？

　　黑洞到底有多黑？

　　科學家是如何拍到黑洞的？

　　探 知 黑 洞

　　人類的首張黑洞照片，是由全球8個望遠鏡共同拍攝。而背後則是全球30多家科研院所的科學家們的共同努力。

　　2017年的4月5日到14日之間，科學家們進行了“地球級”觀測計劃，他們利用分佈於全球不同地區的8個射電望遠鏡陣列，組成一個虛擬望遠鏡網絡，目標是銀河系中心的巨大黑洞——人馬座A*的視界面。

　　人馬座A*。

　　這個虛擬的望遠鏡網絡被稱爲“事件視界望遠鏡”（Event Horizon Telescope， EHT）。這個名詞有點拗口：“事件視界”，或者被翻譯成“視界面”，是什麼意思？

　　當年，愛因斯坦提出，引力可視爲時空扭曲。他的方程預言，當一個物體的質量不斷塌縮，就能隱蔽在事件視界（event horizon) 之內——這個界限內，其引力強大到連光都無法逃脫。

　　這就是“黑洞”。

　　連光線都無法逃脫，我們如何看到“黑洞”？

　　事實上，當黑洞“吞食”其他天體時，吸入的物質在掉入視界面前會產生一個圍繞黑洞旋轉的吸積盤。當氣體朝着黑洞落下被加熱到數十億度高溫時，會發出強烈的輻射，會讓事件視界看起來像“剪影”。

　　電影《星際穿越》中的黑洞，電影藝術地表現了吸積盤的形態

　　我們說回EHT項目的觀測目標——人馬座A*。這個超大質量黑洞位於銀河系中心。儘管它比太陽重了400萬倍，但因爲這個黑洞距離我們太遙遠(約兩萬六千光年），仍然很不容易看到。看到人馬座A*所需的分辨率是哈勃空間望遠鏡的2000倍。EHT項目組這樣形容其觀測難度：相當於在紐約看清一個位於洛杉磯的高爾夫球上的每個小洞。

　　觀測黑洞視界的最佳波段約爲1毫米，因爲氣體在這個波段的輻射最明亮，而且無線電波也可以不被阻擋地從銀河系中心傳播到地球。接近黑洞時，無線電波就像是池塘裏的圓形漣漪，但是當其到達地球時，這些漣漪已經成爲平面狀。在這個波長上爲黑洞“拍照”，需要口徑像地球一樣大的望遠鏡。

　　這恰恰利於發揮射電望遠鏡“集團作戰”的優勢——天文學家將相隔一定距離的多臺射電望遠鏡觀測同一方位，甚至可以用多臺較小的望遠鏡得到超過大型望遠鏡的精度。這種模式被稱爲甚長基線干涉測量（Very—long—center interferometry，簡稱VLBI）。

　　EHT項目使用到的望遠鏡包括：位於南極的SPT；位於智利的ALMA；位於智利APEX；位於墨西哥的LMT；位於美國亞利桑那州的SMT；位於夏威夷的JCMT；位於夏威夷的SMA；位於西班牙的IRAM 30m。（多說一句，這個項目還在不斷加新，比如位於格陵蘭島的GLT。在今後的觀測中也會大顯身手。）

　　這其中，最關鍵的成員要屬位於智利的ALMA，它的加入將EHT的靈敏度提高了十倍。

　　EHT利用世界不同角落的射電望遠鏡，組成網絡來模擬“地球級”望遠鏡。每一個射電望遠鏡都收集並記錄來自於黑洞附近的無線電波信號，然後再將數據集成，並計算出事件視界的圖像。

　　爲了得到清晰的圖像，必須保證無線電信號到達每個望遠鏡的時間極其精確。

　　觀測期間記錄的數據量也是海量。一次普通的五天觀測期間，每座望遠鏡會蒐集約500TB的數據，整個數組產生的數據約7PB（等於7000TB），將裝滿1000至2000個硬盤。

　　這麼多的數據已經不可能靠網絡傳遞，EHT用最原始，也是最可靠的辦法——把硬盤用飛機運到位於美國馬薩諸塞州的MIT海斯塔克天文臺以及位於德國波恩的馬克斯普朗克電波天文研究所進行處理。

　　在那裏，超級計算機矯正光波抵達不同望遠鏡的時間差，並把所有數據集成。這些經過校準的資料被用來合成黑洞照片。這些工作並不容易，“洗照片”的時間花了一年多，直到今天，我們才獲得這張照片。而該項研究，或許會完善我們對黑洞、引力，甚至是對宇宙的認知。