举世轰动，科幻成真：人类史上首张黑洞照片今日问世！

美国东部时间2019年4月10日早9点，人类首张黑洞照片在美国华盛顿、中国上海和台北、智利圣地亚哥、比利时布鲁塞尔、丹麦灵比和日本东京全球六地的“视界面望远镜”发布会上同步发布。

爱因斯坦于1915年发表广义相对论，最先预言了黑洞的存在。100多年后的今天，在全球200多位科学家的努力之下，第一幅黑洞照片新鲜出炉！

人类史上第一张黑洞照片

长久以来在电脑上模拟得到的黑洞形象，第一次真实地呈现在我们的眼前。

照片中的“M87中心黑洞”如同电影《指环王》中索伦的魔眼，在温暖而神秘的红色光环中，泛着漆黑无底的“光”！

这个红色圆环的一侧亮一些，另一侧暗一些，原因在于吸积盘的运动效应——朝向我们视线运动的区域因为多普勒效应而变得更亮，远离我们视线运动的区域会变暗。

中间黑色的区域就是黑洞本身——光线无法逃离之处。

这张人类史上的第一张黑洞照片，是在2017年4月全球8个射电望远镜阵列组成虚拟望远镜网络”事件视界望远镜”（EHT）之后拍下的。

“人类第一次看到黑洞的视界面，无论我们最终得到的黑洞图像是什么样子——是像电影画面一般壮观恢弘，或者只有几个模糊的像素点——事件视界望远镜都意义非凡，这是我们在黑洞观测史上迈出的重要一步。观测结果不仅是一张照片那么简单，它一方面呼应着爱因斯坦的广义相对论，一方面也将帮助我们回答星系中的壮观喷流是如何产生并影响星系演化的。我们成了有史以来第一批‘看见’黑洞的人类，真是好运气。”

怎么拍出来的？

10多年前，美国麻省理工学院（MIT）的科学家们联合了其它研究机构的科研人员，开展了激动人心的“事件视界望远镜（EHT）”项目，全球多地的8台亚毫米射电望远镜同时对黑洞展开观测。

事件视界望远镜（EHT）

它们北至西班牙，南至南极，向选定的目标撒出一条大网，捞回海量数据，以勾勒出黑洞的模样。

两年前，“视界面望远镜”选定了两个观测目标，一个是我们银河系中心的超大质量黑洞SgrA*，是太阳质量的450万倍，距离地球2.6万光年；另外一个是位于M87星系中心的黑洞，其质量为太阳质量的65亿倍，距离地球5300万光年。

此外，亚毫米波段和我们非常熟悉的可见光有着天壤之别。这个波段我们是无法直接看到的，所以，利用亚毫米波段给黑洞拍照，就可以得到黑洞周围辐射的空间分布图。

这也就是人们口中的“亚毫米波段黑洞照相馆”的基本原理。

洗个照片竟用了两年？

这张人类史上的第一张黑洞照片，不是在2017年4月拍下的吗？为何今日才公布？

是的，这张看似简单而模糊的照片“冲洗”了两年之久。

第一，望远镜观测到的数据量非常庞大。2017年时8个望远镜的数据量达到了10PB（=10240TB），2018年又增加了格陵兰岛望远镜，数据量继续增加。庞大的数据量为处理让数据处理的难度不断加大。

位于南极的SPT望远镜

另外，在数据处理的过程当中，科学家也遭遇了不少技术难题——黑洞附近的气体处于一种极端环境当中，其运动有着非常多的不确定性——为了解决这些问题，科学家们还专门开发了特定的程序和工具。

最后，为了保证结果的准确性，在最终数据处理的时候，严谨的科学家们在两个不同的地方分别处理、分别验证。全世界范围内设立了两个数据中心，一个是位于美国的麻省理工学院，另外一个是位于德国的马普射电所，二者彼此独立地处理数据，也彼此验证和校对，保证了最终结果的准确可靠。

为什么是先“听”后“见”？

黑洞研究历时已久，四年前引力波已经让我们“听”到了来自黑洞合并的声音，为什么直到今天我们才“看”到黑洞的照片？

简单地说，是因为黑洞区域实在太小了——而之前望远镜的角分辨率或者放大倍数不够大，在过去的几年中，我们才真正实现了能够看到黑洞附近区域的分辨能力。

其实，早在2017年进行全球联网观测之前，全球很多科学家已经为此努力了十多年的时间，并且利用8个望远镜阵列当中的几个进行了联网尝试，探测了银河系黑洞附近的区域，结果确实在亚毫米波段探测到了周围的一些辐射，这给了团队很大的信心。

位于智利的阿塔卡马大型毫米波阵ALMA望远镜

在此之前，尽管科学家们已经掌握了很多证明黑洞确实存在的电磁观测数据，但是这些证据都是间接的——少数科学家会提出一些怪异的理论来作为黑洞的替代物，因为我们并没有直接观测到黑洞的模样。

2016年探测到的双黑洞合并产生的引力波，更是让人们愈加相信黑洞的存在。但引力波是类似于声波的“听”的方式，而电磁方式是一种“看”的方式，对于更倾向于“眼见为实”、“有图有真相”的人类而言，以直观的电磁方式探测到黑洞还是非常让人期待的。所以，在2016年初引力波被直接探测到之后，视界面望远镜并没有放弃观测，反而以全球联网的方式，把这一探测技术推向了极致。

黑洞照片的意义

如此大费周章，除了满足人们“眼见为实”的心愿，黑洞照片对于验证相对论、揭秘星系演化有何意义？

这次的直接成像除了帮助我们直接确认了黑洞的存在，同时也通过模拟观测数据对爱因斯坦的广义相对论做出了验证。

在视界面望远镜的工作过程和后来的数据分析过程中，科学家们发现，所观测到的黑洞阴影和相对论所预言的几乎完全一致，令人不禁再次感叹爱因斯坦的伟大。

另外一个重要意义在于，科学家们可以通过黑洞阴影的尺寸限制中心黑洞的质量了。这次就对M87中心的黑洞质量做出了一个独立的测量。在此之前，精确测量黑洞质量的手段非常复杂。

未来随着更多望远镜加入，我们期望看到黑洞周围更多更丰富的细节，从而更深入地了解黑洞周围的气体运动、区分喷流的产生和集束机制，完善我们对于星系演化的认知与理解。

中国的参与度

据悉，中国大陆的望远镜并没有直接参与到视界面望远镜的观测当中。

其中最直接的一个原因在于，中国大陆两个建好的亚毫米波望远镜（一个是位于青海德林哈的13.7米望远镜，另一个是位于西藏的CCOSMA望远镜）不具备VLBI联网功能。但即使它们可以实现联网，同步观测也无法实现，因为我们的两个望远镜正好位于灵敏度非常高的ALMA阵列的背面位置。

恒星级黑洞系统示意图

广为人知的中国FAST天眼望远镜也没有机会参与到视界面望远镜的观测行列。

首先其工作波段不同，另外，亚毫米波光子很容易被大气中的水蒸气所吸收，所以视界面望远镜都位于海拔比较高而且干燥的地方，比如ALMA望远镜就位于海拔5000多米的acatama沙漠当中。

但是，位于夏威夷的麦克斯韦望远镜（JCMT）是EHT联合观测网络节点之一，由中国科研机构参与，为视界面望远镜提供了必不可少的观测保障。

此外，部分中国科学家也参与了后期的数据分析和讨论，为世界上第一张黑洞照片做出了贡献。

本文采编自中新网、cnbeta