视频 | 汇集全人类智慧“冲印” 首张黑洞照片怎么看懂

北京时间4月10日晚9点，参与EHT（Event Horizon Telescope，事件视界望远镜）计划的科学家们将在比利时布鲁塞尔、智利圣地亚哥、中国上海、台北、日本东京、美国华盛顿，以英语、西班牙语、汉语和日语协调召开全球新闻发布会，公布人类首张黑洞视界照片。在上海，EHT项目和中国科学院将发布这一重大成果。看看新闻将全程直播发布会，并对发布成果进行解读。

黑洞是什么？

在大多数人的认知中，黑洞是一个什么都可以吸进去的无底洞。实际上，黑洞和我们熟悉的太阳一样，也是宇宙中的一种球星天体。只是它不像星星那样明亮，所以充满了神秘。因为质量极大，黑洞的引力也极大，大到哪怕是经过它的光，都逃不出它的引力场，因此人类是无法用肉眼看到它的。它就像是一个黑暗的、巨大而神秘的洞。

黑洞有多大？

黑洞的大小取决于它的质量。我们通常用史瓦西半径来描述。史瓦西半径是任何具有质量的物质都存在的一个临界半径特征值，这个物理学和天文学概念比较复杂，大家只要记住：一个物体的史瓦西半径与其质量成正比。

太阳的史瓦西半径约为3千米，而地球的史瓦西半径只有约9毫米。

那么黑洞的史瓦西半径有多大呢？绝大多数我们今天能通过种种迹象探知到的黑洞，都是超大质量黑洞，它通常来自一颗恒星消亡形成小黑洞后，开始不断增长、与其它黑洞合并而形成的。一个星系越大其中心的超大质量黑洞也越大。今天人类拍摄下照片的黑洞位于处女座一个巨椭圆星系M87的中心，距离地球5500万光年，质量约为太阳的65亿倍。

既然黑洞连光都跑不了，那这照片岂不是全黑的？

黑洞很大，能让光无法逃离它的势力范围。不过在它势力范围的边缘，引力不那么厉害的地方，光或者其他物质还是有办法逃出“魔爪”的，天文学上把这一条界限称为“视界”。

黑洞视界里边的部分谁都看不到，但是外面的部分是可见的。不过在视界附近，黑洞引力依然强大，强大到能让逃离的光线无法保持直线传播，而是被极度弯曲。想像一下，很多束光不断地弯曲、绕圈圈，就会在黑洞势力范围的周边聚集起来，形成一个光环。天文学界把这个光环称为黑洞阴影或者黑洞剪影（Black Hole Shadow）。所以人类为黑洞拍摄的这张照片，严格来说应该叫黑洞阴影的照片。

看到黑洞视界，对研究黑洞有什么意义？

黑洞视界是目前人类能够触及到的，距离黑洞最近的区域。不过黑洞视界上的许多现象，早在100多年前爱因斯坦提出广义相对论时就已经做出过预演。限于技术，人类直到现在，才能第一次真正地通过合成影像的方式，证明爱因斯坦的猜测。

天文学家一直认为银河系中心潜伏着一个超大质量的黑洞，质量大约是太阳的400万倍，而且也已经通过银河系核心的恒星运动轨迹确定了它的存在，但是一直没有拍摄到它的真实面目。所以这一次给黑洞照相，不但致敬爱因斯坦的猜想，也证实了天文学家们的推测。

我们都知道，黑洞会吸集周围的物质，就像吃东西。但大胃王也有吃饱的时候。中科院上海天文台副研究员左文文打了个比方：当黑洞吃得足够多的时候，某些物质和辐射和光也会沿着磁场线喷出去产生喷流。所以拍摄这张照片和对这张照片背后数据的分析也能帮助科学家更好地理解黑洞是如何吃东西，黑洞是如何产生喷流的，而且对于黑洞质量的测量、黑洞是怎么转动的、黑洞带不带电等性质等都能给出一个限制来。

黑洞是星系的原始形态，巨大的星系中都有巨大的黑洞。黑洞的存在和发展，对恒星及星系的运动都会都产生巨大的影响。因此研究黑洞，对于我们了解和认识宇宙，有着非常重要的意义。如果说此前捕获引力波，是“听见”了黑洞，那么这一次“看见”黑洞，是黑洞研究的又一个重大突破。

我们是怎样看到黑洞视界的？

虽然黑洞质量很大，但是在浩瀚的宇宙中，要给它拍照片也不是件容易的事儿。

M87的黑洞是目前已知最大的黑洞，而我们与黑洞之间相隔着无数宇宙尘埃云，根本看不见光，所以我们根本无法用光学望远镜来观测。

此番给黑洞拍照的，是“事件视界”望远镜，它是由遍布全球的8座射电天文望远镜合作，运用VLBI技术，构建起的一个口径相当于地球直径的虚拟射电望远镜。2017年4月，来自全球 30 多个研究所的科学家们同时开启工作，让这些望远镜同时聚焦黑洞所在的位置，接收其发出的各种信号。

要保证所有8个望远镜都能看到黑洞，从而达到最高的灵敏度和最大的空间分辨率，留给科学家们的观测窗口期非常短暂，每年只有大约10天时间。

为什么黑洞照片要花两年冲洗？

黑洞的照片是一张数字照片，类似于你去医院拍核磁共振或者CT，系统需要把采集到的数据处理成影像才能进行冲印。而黑洞照片的数据，是全球的8台射电望远镜收集的。它的数据量，如果换算成高清电影，够一个人看上好几百年。除了量大，不同望远镜取得的数据，相互之间还存在匹配方面的难点，因此分析处理这些数据，需要耗费大量的时间。

在这张黑洞照片上，中国科学家贡献了什么？

我国科学家很早就参与了黑洞研究的国际合作。在黑洞高分辨率成像、理论研究和数字模拟研究等方面做了大量工作，也取得了一定成就。这一次全球射电天文望远镜“组团”观测黑洞，当然也少不了中国科学家。我国有16位科学家，在望远镜观测申请、夏威夷望远镜的观测、后期的数据分析处理、相关文章的撰写等方面深度参与了此次的项目。而上海的天马射电望远镜也在EHT国际合作中发挥了辅助作用。

一直“活在传说中”的黑洞终于就要露真容了。有人认为，电影《星际穿越》中的黑洞“卡冈图雅”可能是最接近真实的黑洞影像。那么，让我们来看看“科学家版”黑洞照片究竟是什么样子吧！

（看看新闻Knews记者：张帼霞 实习编辑：章婕）