人類(lèi)首張黑洞照片發(fā)布，像甜甜圈，順便恭喜愛(ài)因斯坦

“星際穿越”不再神秘！

人類(lèi)終于知道黑洞是什么樣子的了。

剛剛，世界首張黑洞照片在比利時(shí)布魯塞爾、智利圣地亞哥、中國上海和臺北、日本東京、美國華盛頓等6地同時(shí)發(fā)布。

看起來(lái)，它像一個(gè)甜甜圈。

別看這張照片很模糊，遠不及《星際穿越》中的黑洞那樣炫酷，它可是人類(lèi)天文觀(guān)測史上獲得的第一張真實(shí)黑洞圖像，耗時(shí)兩年才得以“沖洗”完成，將給天文學(xué)家了解星際演化等提供極有價(jià)值的直接依據，也很有可能改變我們既有的對黑洞、引力甚至是宇宙的認知。

簡(jiǎn)而言之，這張照片是人類(lèi)天文觀(guān)測史上的重要里程碑，它直接證實(shí)了愛(ài)因斯坦相對論的正確性。

此次拍攝的黑洞為室女座星系團中超大質(zhì)量星系M87中心的黑洞，距離地球5500萬(wàn)光年，質(zhì)量為太陽(yáng)的65億倍。這么遠的距離，就意味著(zhù)現今的航天器根本去到黑洞附近用相機進(jìn)行傳統“拍攝”，而需要一些特殊的辦法。

這張照片便是在2017年由8座ETH攝電望遠鏡歷時(shí)5天收集的超7000TB的數據中分析集成的，絕對真實(shí)，無(wú)半點(diǎn)人類(lèi)加工成分。

那么，這究竟是怎樣一張照片，竟要“沖洗”兩年時(shí)間？

為什么人類(lèi)一直沒(méi)能獲得真實(shí)的黑洞照片？

作為宇宙中最神秘的天體之一，黑洞的“樣貌”歷來(lái)只存在于藝術(shù)加工或電腦模擬圖像中，也從沒(méi)有人敢對它做最終定義，包括愛(ài)因斯坦。

1916年，愛(ài)因斯坦提出廣義相對論，首次將引力場(chǎng)解釋成“時(shí)空的彎曲引力可視為時(shí)空扭曲”。具體來(lái)說(shuō)，愛(ài)因斯坦認為，因黑洞的強大引力，其周?chē)臅r(shí)空會(huì )發(fā)生扭曲，這塊區域便是今天照片的重點(diǎn)組成部分——事件視界。（不考慮真實(shí)性的話(huà)，各位可自行腦補《星際穿越》中的場(chǎng)景）

眾所周知，一個(gè)物體想要被看見(jiàn)，最直接的媒介就是光。通過(guò)發(fā)光或對光的反射，物體不僅能展示真實(shí)樣貌，還能夠顯現多彩的顏色。比如太陽(yáng)，本身就會(huì )發(fā)光；月球則可以反射太陽(yáng)光讓大家看清它的面貌。但這一切對于黑洞來(lái)說(shuō)，就很難了。

因為黑洞強大的引力，事件視界內所有的物質(zhì)都會(huì )被它吞噬，包括光。因此，人類(lèi)無(wú)法通過(guò)傳統的“拍攝”手法揭開(kāi)黑洞的真面目，只能另想它法。

看見(jiàn)“黑洞”，關(guān)鍵在“事件視界”

天文學(xué)家認為，讓黑洞可視化的關(guān)鍵，在于“事件視界”。

上面提到，黑洞的強大引力會(huì )將事件視界內所有的物質(zhì)都“吞噬”掉。目前，天文學(xué)家尚未明確知道具體的“吞噬”過(guò)程，但有一點(diǎn)能確定的是，物質(zhì)在進(jìn)入黑洞之前會(huì )圍繞黑洞做高速旋轉，并快速向黑洞靠近。

重點(diǎn)來(lái)了，物質(zhì)高速旋轉必然會(huì )產(chǎn)生熱量，在被加熱到數十億度的高溫時(shí)，所發(fā)出的強烈輻射便能被遠在數千萬(wàn)光年外的地球捕捉到，從而進(jìn)一步獲得有關(guān)黑洞的剪影。

這樣一來(lái)，“拍攝”黑洞照片，便可以進(jìn)入實(shí)際可操作階段了。但其實(shí)，這并不容易，因為地球離黑洞實(shí)在是太，遠，了（遠點(diǎn)好，不然就被吸進(jìn)去了~~~）。

如何“看清”黑洞廬山真面目？

迄今為止，人類(lèi)對黑洞的探索都極為有限，其中了解相對較多便是銀河系中心的特大質(zhì)量黑洞人馬座A*，它距離地球2500萬(wàn)光年。而此次照片的主角，離我們更遠，有5500萬(wàn)光年（究竟有多遠自己想像吧），質(zhì)量為太陽(yáng)的65億倍。

別看它有這么大，因為距離過(guò)遠，從地球上“看”過(guò)去，該黑洞幾不可見(jiàn)。類(lèi)比來(lái)看，看這一超級黑洞就仿佛在地球上看一枚掉落在月球表面的一顆紐扣一樣，想要“看清”它，需要一個(gè)口徑至少和地球直徑一樣大的望遠鏡。顯然，靠單個(gè)望遠鏡根本無(wú)法實(shí)現對黑洞的探測。但一個(gè)不行，我們可以用多個(gè)，通過(guò)組建虛擬望遠鏡網(wǎng)絡(luò )來(lái)實(shí)現它。

為了揭開(kāi)黑洞的廬山真面目，2014年12月，各國天文學(xué)家開(kāi)始奔赴阿塔卡瑪、智利、西班牙、夏威夷、北美、墨西哥，甚至是南極等地，分別安排建設事件視界望遠鏡（EHT，專(zhuān)為獲得黑洞影像的實(shí)驗計劃），以期組成一個(gè)巨大的虛擬望遠鏡網(wǎng)絡(luò )，觀(guān)測幾千萬(wàn)光年之外的黑洞。

簡(jiǎn)而言之，天文學(xué)家在全球各地建設了攝電望遠鏡，并通過(guò)連接它們形成了一個(gè)巨大網(wǎng)絡(luò )，該網(wǎng)絡(luò )便仿佛是一個(gè)口徑足夠大的虛擬望遠鏡，這樣便可以吸收到足夠的來(lái)自黑洞的輻射了，再通過(guò)數據集成模擬出黑洞事件視界的圖像。

但要做到這一點(diǎn)，必須保證所有攝電望遠鏡在觀(guān)測時(shí)時(shí)間上是絕對同步的。為什么這么說(shuō)呢？

我們可以將EHT虛擬望遠鏡想象成一個(gè)巨大的拋物面的鏡子，而黑洞事件界面傳到地球的輻射為平行光。當平行光進(jìn)入反射面時(shí)，只有在特定反射角度下，光同一時(shí)間抵達焦點(diǎn)才能夠獲取最清晰的圖像。而如果多個(gè)攝電望遠鏡在時(shí)間上不夠絕對同步，就相當于這面鏡子在不斷震動(dòng)，那么反射的光線(xiàn)就無(wú)法同時(shí)聚焦，所獲取的圖像必然不清晰甚至完全走形。

為此，EHT采用了原子鐘（一種計時(shí)裝置，精度可以達到每2000萬(wàn)年才誤差1秒）來(lái)確保數據的穩定性，在兩年前同步開(kāi)啟多個(gè)攝電望遠鏡的數據采集工作。在為期5天的觀(guān)測中，EHT共收集到了超7000TB的數據，并通過(guò)硬盤(pán)運送至美國海斯塔克天文臺及位于德國的馬克斯博朗克電波天文研究所，利用那里的超級計算機進(jìn)行數據矯正、分析、合成。運送之繁瑣、數據之多、工作之重可以想見(jiàn)，這也是為什么首張黑洞照片“沖洗”歷時(shí)兩年的主要原因。

首張黑洞照片的意義

毋庸置疑，此次發(fā)布的照片意義重大，天文學(xué)家可以基于此對事件視界這一極端環(huán)境進(jìn)行進(jìn)一步的了解，首次以最直接的方式驗證愛(ài)因斯坦理論的正確性。

除此之外，由于黑洞在星際演變中的重要性，天文學(xué)家還可以根據圖像推演出星系中壯觀(guān)噴流是如何形成并影響星系演化的，甚至可能因此改變人類(lèi)此前對黑洞、引力，乃至宇宙的認知。而這些謎底，都將隨著(zhù)EHT項目的不斷擴大一步步被揭開(kāi)。

最后，鎂客網(wǎng)想提一個(gè)不成熟的小建議：黑洞照片既然已經(jīng)亮相，電影界的朋友們是不是可以行動(dòng)起來(lái)了，尤其是諾蘭導演，《星際穿越2》是不是也可以提上議程了？

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