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

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。

  
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，单给人马座 A* 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

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

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。

  
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」（待确认），
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。

  
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。

  
《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。

  
《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。

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