人类史上首张黑洞照片来了！这件事为什么那么重要？

多么幸运，我们成为了第一批目睹黑洞真容的人类，也可能是宇宙中第一批亲眼看见黑洞的碳基生物。

来源?|?爱范儿（ID：ifanr）

文 |?吴志奇

头图来源?|东方IC

此次项目由全球多个国家和地区的?200?多位科研人员组成，是一个以观测银河系中央特大质量黑洞为主要目标的计划，观测核心就是银河系中心黑洞人马座?A*?和?M87?椭圆星系中心黑洞，此次发布的，就是后者的黑洞图像。

▲ 上海新闻发布会现场

从照片可以看出，黑洞就像一个黑色球体，中心暗弱部分为「黑洞阴影」，而周围的环状不对称结构是由于强引力透镜效应和相对论性射束（beaming）效应造成的。

因为黑洞不停在旋转，让它的图片看起来就像是一个不对称的发光漩涡。

而说到黑洞，你脑海里可能出现的就是「幽暗不见底」和「万物皆可吸」。

首先，黑洞不是洞，是天体。作为最神秘的预言宇宙天体之一，黑洞质量极大密度极高，周围会产生巨大的引力场，它附近所有物质都难逃一吸，连宇宙中传播速度最快的光，也无法在黑洞中完成出它的出色射程。

▲ 黑洞的艺术构想图

而黑洞周围引力巨大的区域，就被称为「事件视界」，只要跨过这个边界，一切物理定律在此都会失效，「事件视界望远镜」拍摄的就是两个黑洞的这一部分。

1915?年，爱因斯坦在广义相对论中最先预言了「黑洞」，1968?年，美国天文学家惠勒正式提出黑洞「black?hole」的名词，虽然之后也出现过一些黑洞的间接影像可以证明它身处星河之中，但没人见过黑洞的真正样貌。

▲?黑洞图像的的模拟、测量、和重建，图片来自：Katie?Bouman?and?Jason?Dexter

100?多年后的今天，人类第一次能够直接确认黑洞的存在。

同时，科学家也表示，该图像的特征和爱因斯坦的广义相对论完全一致，进一步验证了它的正确性。

多么幸运，我们成为了第一批目睹黑洞真容的人类，也可能是宇宙中第一批亲眼看见黑洞的碳基生物。

黑洞照片是怎么拍出来的？

从洪荒时代起，人类就从未停止过对头顶神秘星空的眺望。

2017?年?4?月，「事件视界望远镜」开始捕捉黑洞「事件视界」的清晰图像。这次「事件视界望远镜」的观测行动，可以说是史上最难的星际观测项目之一。

▲?图片来自：美国哈佛?-?史密森天体物理学中心网

首先，人马座?A?距离地球?2.6?万光年之遥，质量约等于?400?万个太阳，视界半径约?2400?万公里，而?M87?中心距离地球?5500?万光年，约等于?64?亿太阳质量。按科学家的说法，给黑洞拍照的难度就差不多等于「给月球表面的一个苹果拍照」。

其次，拍摄技术、拍摄时间、拍摄位置都让项目研究变得更加举步维艰。

于是，研究人员决定将分布在全球各地、横跨南北半球的?8?个射电望远镜联合起来，组成一个相当于地球最大直径的大型虚拟望远镜进行观测。

▲事件视界望远镜的全球观测网络.?图片来自：?Nature

这里用到的观测技术，就是「甚长基线干涉测量」（VLBI）。通过这种技术，能将多个望远镜结合成一台孔径更大的望远镜，让距离不再成为限制。两个射电望远镜和一个数据处理中心，就能共同观测遥远的类星体以及河外星系。

因为黑洞本身是看不见的，这里的拍出的图像，其实是因为黑洞在「吃掉」身边恒星时，气体撕扯会产生旋转的吸积盘，加上部分吸积气体也会沿转动方向被抛出去形成喷流，这些气体摩擦都产生了明亮的光线，再加上其他频段的辐射，因此能捕捉到这些黑洞的发光现象。

▲黑洞和积吸盘的艺术想像图?.?图片来自：Wikipedia

当?8?个射电望远镜联合启动，VLBI?网将各射电望远镜接收到的信号转化为数字信号记录在磁盘上，然后通过数据中心处理和分析，就能获得观测目标的射电精细结构图像，最高分辨率可为哈勃空间望远镜的数百倍。

这样，我们就能看清「月球上的苹果」了。

为达到此次拍摄的极高分辨率，包括中国科学院下属的天文台机构和高校等全球?13?多个研究机构都参与进来开展研究、校准工作。

而且，不止「拍」照片难，「洗」照片更难。

这不是咔嚓一下就能完成的摄影过程。上面提到，通过?VLBI，要将事件视界望远镜的所有观测数据集合、整理。跨越南北半球的庞大的天文台资料，不能通过网络传输，需要极大储存容量的硬盘收集并邮寄到研究中心。

一次普通的?5?天观测，整个整列就会产生约?7PB?数据（1PB=1000TB=1000000GB），装满?1000-2000?个硬盘。

为了防止地球大气中的水汽阻碍数据接收，还要将观测站摆在干燥高地，但常规硬盘无法抵抗低气压。墨西哥内格拉火山多顶（海拔?4580?米）的望远镜的?32?个常规硬盘里就有?28?个无法运作，最后只好改装成氦气封装硬盘。

▲?图片来自：?EHT

同时，计算机进行后台处理和分析海量数据也需要极长时间，各个站点收集的数据都被汇集到美国和德国两个数据中心，计算机集群要对数据时间进行合并和分析，缺失或模糊的部分，都需要科学家进行拼图完善。

单生产出这张黑洞照片，研究人员就用了?2?年左右时间。

虽然照片看起来依然是一片迷幻的「混沌」，但这次历史性的窥探，也是人类史上一块耀眼的丰碑。

照片的意义，不止让人类见到黑洞

这次的重大发现，不仅让我们能接触到黑洞的真实面貌，更重要的是，帮我们验证了爱因斯坦广义相对论和黑洞的物理性质，包括黑洞真实质量、直径、自转速度......

中国科学院国家天文台研究员苟利军说道：

黑洞周围会有很多分流，分流对于整个星系，以及星系演化，都起着非常重要的作用。但我们不是特别清楚它是如何产生的，我们看到黑洞周围的状况，能帮我们解决最基础的科学问题。

▲图片来自：新华社采访截图

这只是一个开始，未来?EHT?还会带来更多前所未有的科学成果。而这次黑洞的项目成果，无疑让我们进入了一个展示时间、空间、光和物质深刻本质的更加深邃的新视野。