一眼5500万光年，这张黑洞照片见证科学的开放合作精神|荔枝时评

2019年04月11日 15:52:06 | 来源：荔枝新闻

　　文/孙正凡

　　（作者孙正凡，荔枝新闻特约评论员，天体物理学博士，科普作家，科学松鼠会会员；本文系荔枝网及旗下“荔枝新闻”手机客户端独家约稿，转载请注明出处。）

　　4月10日，黑洞事件视界望远镜（Event Horizon Telescope， EHT）合作组织发布了5500万光年外的大质量星系M87中心超大质量黑洞的阴影照片，这也是人类拍摄的首张黑洞照片。这张照片不仅仅提供了黑洞存在的直接“视觉”证据，而且也再一次证明爱因斯坦广义相对论在极端条件下仍然成立，同时还让天文学家能够更细致研究黑洞附近吸积物质、产生相对论性喷流的具体机制。

M87星系中心超大质量黑洞（名为M87*）的图像，周围亮区的环状不对称结构是黑洞旋转等效应造成。

　　连光都无法逃脱的黑洞，如何拍到

　　要拍摄到黑洞照片面临几个实际困难，主要包括选择目标和选择“相机”。

　　在我们银河系里有恒星级的黑洞，可是它们实在太小了。银河系内的黑洞大小是无法利用现有观测技术看到的。

　　这样一来，另一类黑洞，“超大质量黑洞”也就是星系中心的超级黑洞就成为仅有的选择对象。它们必须足够大，而且距离还不能太远。所以我们银河系中心的超级黑洞半人马座A*和星系M87的中心黑洞M87*便是少数几个好模特。银河系中心黑洞的质量此前被上海天文台的天文学家们测量过体重，估计大小为50微角秒，这个数字就相当于从地球上看月球上一个橘子那么大。M87*看起来大小略小，约为40微角秒。

　　为了看到如此小的目标，天文学家们需要像地球这样大小的望远镜。这项技术已经基本准备好了，在电影《超时空接触》里，我们看到过摆在美国中部大平原上的一排排天线，它叫射电望远镜阵列，也就是用很多台望远镜组合，通过干涉技术成为一台相当于阵列大小的望远镜。现在，天文学家只是需要升级版本：利用分布在世界各地的8台射电望远镜，组成一台巨大的虚拟望远镜，口径就相当于地球直径。通过这种“甚长基线干涉测量技术”实现高分辨本领。

　　此次观测的波段在1.3毫米，因为这个波段容易受地球大气的水汽影响，因此这些亚毫米波望远镜分布在高海拔地区，包括夏威夷和墨西哥的火山、亚利桑那州的山脉、西班牙的内华达山脉、智利的阿塔卡马沙漠以及南极点。八台望远镜同时观测来自同一天体的射电波，再将观测记录一起送入处理机进行相关处理，最终分析获取该天体的射电辐射强度和位置。

　　2017年4月，这架地球规模的“事件视界望远镜”启动拍照时，它就被认为是“一项令人激动并具挑战性的工作”。以麻省理工学院(MIT)为首，包括中国科学院上海天文台在内的一些国内机构也参与了此次国际合作。参与此次大型国际合作项目的科研人员达200名之多，其中，来自中国大陆的学者有16人，分别来自上海天文台8人，云南天文台1人，高能物理所1人，南京大学2人，北京大学2人，中国科学技术大学1人，华中科技大学1人。另外，还有部分来自中国台湾地区的学者。

其中一种理论模型预言的银心的黑洞阴影以及周围环绕的新月状光环

　　见证国际合作机制和科学界的开放精神

　　在这个项目中，中国科学院天文大科学中心和上海天文台都做出了重要贡献。在前期联合观测中，上海65米天马望远镜和新疆南山25米射电望远镜作为东亚VLBI网成员共同参与了M87*的毫米波VLBI协同观测。

　　后期数据处理同样是由全世界科学家合作完成。2017年4月份的观测中，8个台站在5天观测期间共记录约3500 TB的数据（1TB等于1024GB，相当于500小时的高清电影）。因为数据量庞大得不可能靠网络传递，所以EHT用硬盘来记录每个望远镜的原始观测数据，再把硬盘寄回数据处理中心统一处理。这个过程中涉及数据量之多，处理难度之大都是前所未有的。

　　可以说，人类首张黑洞照片的诞生便是国际科学合作机制的成果，也是科学界开放精神的证明。没有这样的紧密合作，或许我们还要等待很多年之后，才能看到黑洞的真容。

　　类似的情况在近年来重大科学成果中屡有体现。例如，2017年，人类首次观测到引力波曾一度引起全球天文学家和爱好者的狂欢。北京时间10月16日晚上22点，包括紫金山天文台、清华大学在内的全球70多家天文机构召开了规模空前的联合新闻发布会，宣布这次不仅探测到了引力波，而且看到了它的来源，1.3亿光年之外的一对双子中子星合并，可以说是激动人心，意义非凡。中国天文学家和天文学仪器也参与其中，全球学者“并肩作战”，取得了这一重大成就。

　　再比如，由中科大教授领衔的中国、美国、智利研究团队探测到一批宇宙大爆炸后约8亿年的早期星系，为研究宇宙早期的星系形成与演化奠定了基础，同样也是国际科学界合作的范例。