4月10日晚9点，参与EHT（事件视界望远镜Event Horizon Telescope）计划的科学家们在比利时布鲁塞尔、智利圣地亚哥、中国上海、中国台北、日本东京、美国华盛顿，以英语、西班牙语、汉语和日语协调召开全球新闻发布会，公布人类首张黑洞视界照片。

（图片来源：事件视界望远镜合作组织）

　　此次发布的黑洞图像揭示了室女座星系团中超大质量星系M87中心的黑洞，其距离地球5500万光年，质量为太阳的65亿倍。该图像的许多特征与爱因斯坦广义相对论的预言完全相一致，在强引力极端环境下进一步验证了广义相对论。通过研究这个图像，人类将揭示出黑洞这类天体更多本质。

　　看了上面这段介绍是不是产生了更多的问题？
　　让我们一起来简单的了解下这个来自全球8座射电天文望远镜、30 多个研究所的科学家们同时合作，经过两年“冲洗时间”而得来的照片背后都有哪些科学意义。

１．黑洞的照片为什么是橘红色的圈圈？

　　黑洞引力很大，能让光无法逃离它的势力范围。不过在它势力范围的边缘，引力不那么厉害的地方，光或者其他物质还是有办法逃出“魔爪”的，天文学上把这一条界限称为“视界”。

　　黑洞视界里边的部分谁都看不到，但是外面的部分是可见的。不过在视界附近，黑洞引力依然强大，强大到能让逃离的光线无法保持直线传播，而是被极度弯曲。想像一下，很多束光不断地弯曲、绕圈圈，就会在黑洞势力范围的周边聚集起来，形成一个光环。我们把它称作黑洞阴影（Black Hole Shadow），也就是你所看到的橘红色光环了。仔细看，这个光环上面的部分有点暗，下面的部分则更明亮，这是因为黑洞自身在旋转造成的。

　　所以人类为黑洞拍摄的这张照片，其实就是黑洞视界旁边的黑洞阴影。

２．我们是怎样看到黑洞视界的？

　　虽然黑洞质量很大，但是在浩瀚的宇宙中，要给它拍照片也不是件容易的事儿。

　　M87的这个黑洞距离太阳系有5500万光年，尽管它是目前人类已知最大的黑洞，但是从地球上观测，它的大小依然小得可以忽略不计。尽管黑洞阴影有一圈光环，但是它的明亮程度和恒星比起来根本不值一提，而我们与黑洞之间相隔着无数宇宙尘埃云，根本看不见光，所以我们根本无法用光学望远镜来观测。

　　此番给黑洞拍照的，是“事件视界望远镜”它是由遍布全球的8座射电天文望远镜合作，运用VLBI技术，构建起的一个口径相当于地球直径的虚拟射电望远镜。

　　之所以需要利用分布在西班牙、夏威夷、南极等几乎覆盖整个地球表面的观测站，是因为人马座 A 超大质量黑洞太远。这个超大质量黑洞大约具有 400 万个太阳质量，黑洞的“直径”大约是 2400 万公里，也就是 17 个太阳的大小。

　　但在 25000 光年，也就是 24 亿亿公里的距离下，17 个太阳直径也只是分辨不出任何细节的一个点而已。利用地球上八个观测站组成网络，就可以利用干涉技术一起观测，最终产生可见的数据。

３．为什么黑洞照片要花两年冲洗？

　　黑洞的照片是一张数字照片，类似于你去医院拍核磁共振或者CT，系统需要把采集到的数据处理成影像才能进行冲印。

　　2017年4月开始，来自全球 30 多个研究所的科学家们同时开启工作，让这些望远镜同时聚焦黑洞所在的位置，接收其发出的各种信号。而要保证所有8个望远镜都能看到黑洞，从而达到最高的灵敏度和最大的空间分辨率，留给科学家们的观测窗口期非常短暂，每年只有大约10天时间。

　　这些来自全球的射电望远镜收集的数据如果换算成高清电影，够一个人看上好几百年。除了量大，不同望远镜取得的数据，相互之间还存在匹配方面的难点，因此分析处理这些数据，需要耗费大量的时间。

４．看到黑洞视界对研究黑洞有什么意义？

　　黑洞视界是目前人类能够触及到的，距离黑洞最近的区域。不过黑洞视界上的许多现象，早在100多年前爱因斯坦提出广义相对论时就已经做出过预言。

　　而天文学家一直认为银河系中心潜伏着一个超大质量的黑洞，质量大约是太阳的400万倍。虽然科学家已经通过银河系核心的恒星运动轨迹确定了它的存在，但是一直没有拍摄到它的真实面目。直到现在，才第一次真正地通过合成影像的方式，证明爱因斯坦的猜测和这个黑洞的存在。

　　我们都知道，黑洞会吸集周围的物质，就像吃东西。但“大胃王”也有吃饱的时候。中科院上海天文台副研究员左文文打了个比方：当黑洞“吃”得足够多的时候，某些物质和辐射和光也会沿着磁场线喷出去，产生喷流。所以拍摄这张照片和对这张照片背后数据的分析，也能帮助科学家更好地理解黑洞是如何“吃东西”、黑洞是如何产生喷流的，而且对于黑洞质量的测量、黑洞是怎么转动的、黑洞带不带电等性质，都能给出一个限制来。

　　黑洞是星系的原始形态，巨大的星系中都有巨大的黑洞。黑洞的存在和发展，对恒星及星系的运动都会都产生巨大的影响。因此研究黑洞，对于我们了解和认识宇宙，有着非常重要的意义。如果说此前捕获引力波，是“听见”了黑洞，那么这一次“看见”黑洞，是黑洞研究的又一个重大突破。“事件视界望远镜”可以成为确认黑洞存在的证据之一，对于天文学和物理学来说，补完爱因斯坦的广义相对论，发现恒星和星系演化的秘密都在于此。

 　　看了这么多不禁想起一句“我们的征途是星辰大海”，就让我们一起脚踏实地，翱翔宇宙吧~

 《汇集全人类智慧“冲印”花两年 首张黑洞照片怎么看懂》

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作者：梁文洁