全程深度解讀人類首次拍攝黑洞圖像！

     2019年04月11日 08:05 新浪科技

　　

　　全球各地8台大型望遠鏡組成的「視界望遠鏡」（EHT）項目組在 2019年4月10日北京時間21：00對外發布了歷史上第一張黑洞圖像。這是距離地球大約5400萬光年外的M87星系核心的一個超大質量黑洞

　　新浪科技訊 北京時間4月11日消息，黑洞，終於不「黑」了！人類歷史上第一次，我們拍攝到了黑洞的圖像，從而首次讓我們直接目睹了這種奇異宇宙天體的外觀畫面。

　　美國哈佛大學史密松天體物理中心的天體物理學家謝潑德·多勒曼（Sheperd Doeleman）在今晚（北京時間2019年4月10日21：00）於美國首都華盛頓國家記者俱樂部召開的新聞發布會上說：「我們看到了原先以為看不到的東西。」與此同時，在世界各地六處地點，科學家們以四種不同語言同步進行了發布會。

　　多勒曼是視界望遠鏡（EHT）項目的主管，正是這台「超級望遠鏡」拍攝到了人類首張黑洞圖像。此次發布的黑洞圖像，觀測的是隱藏在橢圓星系M87核心位置的一個超大質量黑洞。

　　最新的黑洞圖像令人震撼。但科學家們指出，這項工作更大的意義是它將對未來科學所產生的深遠影響。

　　哈佛大學物理學教授皮特·伽里森（Peter Galison）在上個月舉行的一次關於視界望遠鏡的討論會上曾經表示：「它將開啟一個全新的研究領域。而這正是最令我們感到興奮的地方。」

　　伽里森甚至將此次拍攝的黑洞圖像與17世紀英國科學家羅伯特·胡克（Robert Hooke）的手繪圖相提並論，當時胡克通過手繪圖，向人們展示了在顯微鏡下，昆蟲和植物所呈現出的畫面。他說：「人們發現了一個新大陸。」

　　

　　黑洞周圍物質的強烈吸積作用以及在此過程中產生的高能噴射流模擬圖

　　一、和地球一樣大的超級望遠鏡

　　視界望遠鏡（EHT） 項目是全球各地超過200名科學家在過去20多年協力工作的結果。這是一項真正的國際合作計劃，全球多個國家的科研機構參與並為此提供了資金。

　　之所以叫這個名字，是取自黑洞本身的性質，也就是科學家們對於黑洞邊界的定義：當物質抵達黑洞足夠近，強大的引力將讓一切都無法逃脫。這個距離所限定的邊界就稱作黑洞的「事件視界」，簡稱「視界」，一旦超越這個邊界，你將無可避免的被黑洞所吞噬。望遠鏡就是以這個名字命名的，它的目標正是要首次直接拍攝這個邊界的圖像。

　　哈佛大學黑洞研究計劃（BHI）創始主管，哈佛大學天文系主任艾維·勞艾伯（Avi Loeb）表示：「事件視界是終極版監獄高牆。一旦你進入，永遠別想逃脫。」

　　正是因為這一點，我們永遠不能奢望拍攝到黑洞內部的畫面，除非你哪天自己進到裡面去。可是問題在於一旦你真的進去了，你和你在裡面拍的照片也是永遠無法帶出來的。因此，此次視界望遠鏡所拍攝的，其實也就是黑洞的黑色邊緣。正如視界望遠鏡的一位科學家對媒體所說的：「我們正在目睹的是光的消失之處。」

　　視界望遠鏡項目的拍攝目標有兩個：一個是橢圓星系M87核心的超級黑洞，其質量大約是太陽的65億倍；另一個是我們銀河系核心的黑洞，也就是所謂「半人馬A*」，後者的質量相比M87核心的黑洞就是小巫見大巫，其質量大約是太陽質量的430萬倍。

　　這兩個黑洞都很難拍攝，因為它們的距離都非常遙遠。半人馬A距離地球大約2.6萬光年，而M87則遠在5400萬光年之外。

　　從我們的視角看過去，半人馬A的事件視界太小了，它的大小就像從地球上看放在月球表面的一個橘子，或者就像把一張報紙放在新疆，然後你在上海要想看清它上面寫的文字。

　　要想進行這樣的觀測，任何現有的望遠鏡都做不到。科學家們必須另想辦法。最終，他們想到了辦法：將位於美國，西班牙，墨西哥，智利，甚至南極洲，以及其他更多地方的大型望遠鏡連接到一起，組成一個直徑和地球直徑相當的超級望遠鏡！

　　

　　由8台望遠鏡組合而成的事件視界望遠鏡，簡稱「視界望遠鏡」，其能力相當於一台口徑與地球直徑相當的超級望遠鏡

　　二、海量數據

　　視界望遠鏡項目團隊利用這台虛擬超級望遠鏡進行了兩次連續觀測，每次持續大約兩周。第一次觀測是在2017年4月份，第二次則是在2018年。本次公布的圖像結果來自2017年的第一次觀測。

　　很多人會想知道，為何2017年的觀測要到今天才發布結果。原因是很好理解的。首先，視界望遠鏡每晚上的觀測就會產生大約1PB（1PB=1024TB）的數據，想想你家1TB的移動硬碟可以存儲多少東西？現在你可以理解，要想將如此多的原始數據加工處理成最終圖像，將要經歷怎樣的漫長過程。

　　視界望遠鏡項目科學家迪米特里·薩爾提斯（Dimitrios Psaltis）來自美國亞利桑那大學，他表示：「要想通過網際網路傳輸如此巨量的數據顯然做不到。因此我們不得不將數據存在硬碟里，然後叫國際快遞在各個機構之間來回運輸。這樣做要比通過網路傳輸快多了！」

　　正是因為這樣或那樣的困難，極大遲滯了對數據的分析處理工作。舉個例子，組成視界望遠鏡的成員單位中，還包括南極望遠鏡。但是由於地處實在偏遠，南極望遠鏡獲得的數據直到2017年12月才被運出南極洲，因為只有那時候南極大陸才足夠溫暖，可以讓飛機進出運輸貨物。

　　視界望遠鏡主席多勒曼說，他們會感覺自己肩上負有某種「歷史使命」。他說：「如果你想宣布某個重大發現，比如拍攝黑洞的照片，你得拿出非常紮實的東西來。在我們的項目過程中，我們常常會感到那些前輩，像愛因斯坦，愛丁頓或者史瓦西在看著我們。因此我們反覆檢查自己的工作，我們想要確保一切都百分百正確無誤。」愛因斯坦，愛丁頓和史瓦西都是歷史上頂尖的物理學家，為人類對於黑洞的認識做出過開創性貢獻。

　　三、有什麼意義？

　　視界望遠鏡項目由另個主要目標：其一是首次拍攝黑洞事件視界圖像，其二是幫助驗證愛因斯坦廣義相對論的準確性，看看其是否需要作出任何修訂。

　　在愛因斯坦之前，人們對於引力的理解還停留在這就是一種神秘的不需要物體間直接接觸便可以發生作用的力的程度上。但愛因斯坦在他的廣義相對論中將引力描述為時空彎曲導致的自然效應。大質量天體，比如行星，恆星或者黑洞都會產生時空中出現彎曲，就像一個鉛球丟到柔軟的床墊上會引發床墊的凹陷一樣。這種時空凹陷一旦產生，其周圍的較小物體就自然會被引向中心，從而產生出「引力」的錯覺。

　　在過去的一個世紀里，廣義相對論經受住了所有的嚴格檢驗，而此次視界望遠鏡的觀測將提供再一次的全新檢驗機會，科學家們想要知道，愛因斯坦的理論在黑洞附近這樣的極端環境條件下是否仍然能夠與觀測事實相吻合。之所以可以做這樣的檢驗，是因為科學家們可以事先根據愛因斯坦的理論進行計算，模擬出理論上應當觀測到的黑洞模樣，隨後將其與實際拍攝圖像進行對比。

　　如果理論預測與觀測相符，那麼再次證明愛因斯坦100%是正確的。而如果答案是否定的，那麼我們或許就要對廣義相對論做出一定的修訂，使其與觀測事實保持相吻合。這就是科學向前推進的方式。

　　今晚的發布會上發布的結果顯然證明了，廣義相對論仍然是正確的，它不需要做任何修訂：視界望遠鏡拍攝的M87星系核心的黑洞圖像與廣義相對論預測的結果完全吻合。

　　這樣的第一手數據對於科學進步而言至關重要，因為這些數據為理論改進和計算機模擬實驗提供了真實的數據依據，這也正是視界望遠鏡的最大貢獻之一。

　　勞艾伯指出：「從事物理學研究就是與自然界對話，我們通過與實驗結果的對比來檢驗我們的理論是否正確，因此實驗數據極為關鍵。」

　　當然，這項最新成果對於黑洞研究本身也具有重要意義。視界望遠鏡的觀測結果將幫助我們更好的了解物質如何落入黑洞的過程。這種氣體吸積過程是產生強烈噴流和劇烈輻射的源頭，但科學界此前對其了解十分有限。

　　除此之外，事件視界的形態將可以讓我們了解這個黑洞是否存在自轉。正如加州理工學院科學家，美國宇航局觀測黑洞等高能天體的NuSTAR探測器首席科學家菲奧娜·哈里森（Fiona Harrison）所言：「我們此前已經以非直接的方式推斷出了黑洞的自轉運動。但對這一點進行直接驗證，將會非常激動人心。」

　　視界望遠鏡的數據還將幫助我們了解物質在黑洞周圍是如何分佈的，並最終讓天文學家們弄清在長期時間尺度上，超大質量黑洞是如何影響並塑造其所在星系的演化進程的。

　　四、對普通人，意味著什麼？

　　還有一個很多人關心的問題需要回答：對於那些不是天文學家的普通人，這項成果有何意義？

　　簡單來說，僅僅是直接對黑洞成像這樣一件事本身，或者說，直接看到黑洞圖像本身就將完全改變我們思考我們自身，以及我們在宇宙中地位的方式。正如1968年阿波羅8號拍攝的那張著名的照片「地球升起」。那張照片讓我們從遙遠的月球軌道上回眸地球，我們所居住的星球。人們突然之間意識到地球的脆弱和珍貴。那張照片很快受到巨大關注，登上了世界各地媒體的頭條，甚至幫助觸發了上世紀中葉在西方興起的環境保護主義運動。

　　與之相似的，直接目睹一個黑洞，或者更嚴格的說，看到黑洞的剪影，就像看到科幻小說中的場景變成現實，更何況，今晚我們所見的，還只是視界望遠鏡項目所拍攝的圖像中的最初幾張而已，後面還會發布更多成果。

　　所有這些，對於整個人類的啟迪和激勵作用，是不可磨滅的。（晨風）