“星際穿越”不再神秘！

人類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地同時發(fā)布。

看起來，它像一個甜甜圈。

別看這張照片很模糊，遠(yuǎn)不及《星際穿越》中的黑洞那樣炫酷，它可是人類天文觀測史上獲得的第一張真實黑洞圖像，耗時兩年才得以“沖洗”完成，將給天文學(xué)家了解星際演化等提供極有價值的直接依據(jù)，也很有可能改變我們既有的對黑洞、引力甚至是宇宙的認(rèn)知。

簡而言之，這張照片是人類天文觀測史上的重要里程碑，它直接證實了愛因斯坦相對論的正確性。

此次拍攝的黑洞為室女座星系團(tuán)中超大質(zhì)量星系M87中心的黑洞，距離地球5500萬光年，質(zhì)量為太陽的65億倍。這么遠(yuǎn)的距離，就意味著現(xiàn)今的航天器根本去到黑洞附近用相機(jī)進(jìn)行傳統(tǒng)“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(yuǎn)鏡歷時5天收集的超7000TB的數(shù)據(jù)中分析集成的，絕對真實，無半點(diǎn)人類加工成分。

那么，這究竟是怎樣一張照片，竟要“沖洗”兩年時間？

為什么人類一直沒能獲得真實的黑洞照片？

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

1916年，愛因斯坦提出廣義相對論，首次將引力場解釋成“時空的彎曲引力可視為時空扭曲”。具體來說，愛因斯坦認(rèn)為，因黑洞的強(qiáng)大引力，其周圍的時空會發(fā)生扭曲，這塊區(qū)域便是今天照片的重點(diǎn)組成部分——事件視界。（不考慮真實性的話，各位可自行腦補(bǔ)《星際穿越》中的場景）

眾所周知，一個物體想要被看見，最直接的媒介就是光。通過發(fā)光或?qū)獾姆瓷?，物體不僅能展示真實樣貌，還能夠顯現(xiàn)多彩的顏色。比如太陽，本身就會發(fā)光；月球則可以反射太陽光讓大家看清它的面貌。但這一切對于黑洞來說，就很難了。

因為黑洞強(qiáng)大的引力，事件視界內(nèi)所有的物質(zhì)都會被它吞噬，包括光。因此，人類無法通過傳統(tǒng)的“拍攝”手法揭開黑洞的真面目，只能另想它法。

看見“黑洞”，關(guān)鍵在“事件視界”

天文學(xué)家認(rèn)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(qiáng)大引力會將事件視界內(nèi)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”過程，但有一點(diǎn)能確定的是，物質(zhì)在進(jìn)入黑洞之前會圍繞黑洞做高速旋轉(zhuǎn)，并快速向黑洞靠近。

重點(diǎn)來了，物質(zhì)高速旋轉(zhuǎn)必然會產(chǎn)生熱量，在被加熱到數(shù)十億度的高溫時，所發(fā)出的強(qiáng)烈輻射便能被遠(yuǎn)在數(shù)千萬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，“拍攝”黑洞照片，便可以進(jìn)入實際可操作階段了。但其實，這并不容易，因為地球離黑洞實在是太，遠(yuǎn)，了（遠(yuǎn)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2500萬光年。而此次照片的主角，離我們更遠(yuǎn)，有5500萬光年（究竟有多遠(yuǎn)自己想像吧），質(zhì)量為太陽的65億倍。

別看它有這么大，因為距離過遠(yuǎn)，從地球上“看”過去，該黑洞幾不可見。類比來看，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，需要一個口徑至少和地球直徑一樣大的望遠(yuǎn)鏡。顯然，靠單個望遠(yuǎn)鏡根本無法實現(xiàn)對黑洞的探測。但一個不行，我們可以用多個，通過組建虛擬望遠(yuǎn)鏡網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)它。

為了揭開黑洞的廬山真面目，2014年12月，各國天文學(xué)家開始奔赴阿塔卡瑪、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(shè)事件視界望遠(yuǎn)鏡（EHT，專為獲得黑洞影像的實驗計劃），以期組成一個巨大的虛擬望遠(yuǎn)鏡網(wǎng)絡(luò)，觀測幾千萬光年之外的黑洞。

簡而言之，天文學(xué)家在全球各地建設(shè)了攝電望遠(yuǎn)鏡，并通過連接它們形成了一個巨大網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)便仿佛是一個口徑足夠大的虛擬望遠(yuǎn)鏡，這樣便可以吸收到足夠的來自黑洞的輻射了，再通過數(shù)據(jù)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(yuǎn)鏡在觀測時時間上是絕對同步的。為什么這么說呢？

我們可以將EHT虛擬望遠(yuǎn)鏡想象成一個巨大的拋物面的鏡子，而黑洞事件界面?zhèn)鞯降厍虻妮椛錇槠叫泄?。?dāng)平行光進(jìn)入反射面時，只有在特定反射角度下，光同一時間抵達(dá)焦點(diǎn)才能夠獲取最清晰的圖像。而如果多個攝電望遠(yuǎn)鏡在時間上不夠絕對同步，就相當(dāng)于這面鏡子在不斷震動，那么反射的光線就無法同時聚焦，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（一種計時裝置，精度可以達(dá)到每2000萬年才誤差1秒）來確保數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性，在兩年前同步開啟多個攝電望遠(yuǎn)鏡的數(shù)據(jù)采集工作。在為期5天的觀測中，EHT共收集到了超7000TB的數(shù)據(jù)，并通過硬盤運(yùn)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(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)矯正、分析、合成。運(yùn)送之繁瑣、數(shù)據(jù)之多、工作之重可以想見，這也是為什么首張黑洞照片“沖洗”歷時兩年的主要原因。

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(jù)圖像推演出星系中壯觀噴流是如何形成并影響星系演化的，甚至可能因此改變?nèi)祟惔饲皩诙?、引力，乃至宇宙的認(rèn)知。而這些謎底，都將隨著EHT項目的不斷擴(kuò)大一步步被揭開。

最后，鎂客網(wǎng)想提一個不成熟的小建議：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起來了，尤其是諾蘭導(dǎo)演，《星際穿越2》是不是也可以提上議程了？

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