史上第一张黑洞照片来了！这件事为什么那么重要？

人类史上第一张黑洞照片来了。

4 月 10 日 21 点，「事件视界望远镜」（Event Horizon Telescope, EHT）项目在全球六地布鲁塞尔、圣地亚哥、上海、台北、东京、和华盛顿同时召开了发布会，正式公布了这项划时代的重大成果。

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 个射电望眼镜联合起来，组成一个相当于地球最大直径的大型虚拟望眼镜进行观测。

▲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 个射电望眼镜联合启动，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。

▲ 参与 EHT 的中国科学家

EHT 也表示后续还会给更多黑洞进行拍照及研究，人类将能更深入地理解宇宙。

包括与黑洞正好相反的宇宙天体：白洞，它也是一个强引力源，但引力是从内往外，任何物质和光线都无法进入其中。虽然白洞同样是由理论推导而出的假想天体，但值得注意的是，当黑洞和白洞连接，其中的那条特殊通道就是我们更为熟悉的——虫洞。

如果有一个宇航员掉入黑洞，被黑洞的潮汐力撕成原子构成的涓涓细流，那它也很有可能在高速自转的黑洞白洞中进入多维空间隧道，也就是在虫洞之中，开始一段新的太空旅行。

▲ 图片来自：《星际穿越》

这也是 2014 年诺兰经典的《星际穿越》剧本来源，我们通过它首次在荧幕上见到了最接近科学真相的黑洞图像「卡冈图雅」。而上面迎接那个宇航员的或许也不是死亡，而是另一片新的宇宙。

一切都在不断用实践验证的途中，人类骨子里总是沸腾着不安的血液，胸腔里跳动着我们共同的未来。「生于凡尘，归于星辰」或许将不再只是想象中的美好结局。

这也让我们再次意识到：地球不该是人类归宿的唯一答案。

▲ 图片来自：《星际穿越》

无论是星际旅行，还是移居火星，在目前地球资源开始一步步走向枯竭的境地下，用环保和技术来延迟地球寿命必不可少，但也许这恰好是个完美的过渡时期，借此将人类更重要的思维和力量投向群星璀璨的太空之中。

霍金在晚年时期也对人类的未来忧心忡忡。他认为地球和人类正面临着严峻的内忧外患，除了人工智能和气候问题将导致人类灭亡地球毁灭，外星人还可能随时入侵地球 ……

他曾在 2016 年在剑桥大学的一次演讲中表示：

为了人类的未来，我们必须进入太空。在不离开这个脆弱的星球的情况下，我不认为我们能活过下一个 1000 年。

虽然就算是黑洞，也可能有死亡的一天。

在霍金的黑洞热力学中，提出了「黑洞蒸发」的理论。也就是说，在非常遥远的未来，当宇宙背景辐射温度降到黑洞温度以下，此时黑洞就会向外辐射物质和能量，而黑洞本身则将慢慢消失。

当然了，人类可能根本等不到那一天，毕竟根据霍金的估算，一个质量是太阳 10 倍的黑洞，大概要花 10^{70} 年消失，而宇宙目前的年龄也只有 10^{10} 年。

不过至少现在活在地球上的我们，还能继续保持热忱、保持天真，在混杂着希望和绝望的文明里抗争相搏，在有限的生命里探索着人类和宇宙无限的可能性。

虽然渺小，却也伟大。

【来源：爱范儿】