经过漫长的等待，在全球200多位科学家的努力之下，第一幅黑洞照片新鲜出炉。

长久以来在电脑上模拟得到的黑洞形象，第一次真实地呈现在我们的眼前。在这张来自事件视界望远镜的照片里，M87中心黑洞如同电影《指环王》中索伦的魔眼，在温暖而神秘的红色光环中间，是一片深黑的无底之洞。

这张宝贵的照片为幸运的我们解答同时也提出了更多的问题。

问题

1

这张黑洞照片究竟是怎么拍出来的？

由于黑洞非常遥远而且半径很小，以往设备没有足够的分辨率来观察黑洞。在过去10多年时间里，麻省理工学院（MIT）的科学家们联合了其它研究机构的科研人员，开展了激动人心的“事件视界望远镜”项目，全球多地的8个亚毫米射电望远镜同时对黑洞展开观测。

事件视界望远镜由位于四大洲的8台射电望远镜所组成，它们北至格陵兰岛，南至南极，由此构成了一架和地球大小相当的巨形望远镜，向选定的目标（两年前事件视界望远镜项目组选定了两个观测目标，一是银河系中心黑洞SgrA*，二是位于星系M87中心的黑洞）撒出一条大网，捞回海量数据，以勾勒出黑洞的模样。

事实上，亚毫米波段和我们熟悉的可见光有着天壤之别。这个波段我们是无法直接看到的，所以，利用亚毫米波段给黑洞拍照，其实就是得到黑洞周围辐射的空间分布图。

对于我们日常接触的光学照片来说，它反映的是光学波段不同颜色或者频率的光子在不同空间位置上的分布情况。明白了这一点以后，我们就很容易理解亚毫米波段“黑洞照相馆”的原理了。

尽管是在单个频率进行亚毫米波段观测，但因为黑洞周围不同区域的光子所产生的辐射强度不同，我们于是可以得到一个光子强度分布图，然后我们假定不同的强度对应着不同的颜色，就能够得到一幅“伪色图”——图中的颜色很可能是科学家根据个人喜好自行设定的颜色——这也可以解释M87的照片为什么是魔眼色（橘黄色），而不是电影《星际穿越》中黑洞“卡冈图雅”的亮黄色。

问

题

2

此次发布的黑洞照片为何有点模糊？

电影《星际穿越》中的“卡冈图雅”黑洞有着深不见底的黑色中心与立体清晰的气体圆环，此次发布的照片里的M87为何模糊许多？

和光学照片的清晰度问题一样，根源在于分辨率。

根据天文学家所了解的知识，要想提高望远镜的分辨率，我们可以做两方面的努力：一是降低观测频段光子的波长（等价于增强能量），二是增加望远镜的有效口径。这一次，通过VLBI技术对全球8个不同地方的望远镜进行联网，我们得到了一个口径达1万公里的望远镜，在VLBI技术相对成熟的射电波段之内，科学家们选择了能量最高的区域——毫米和亚毫米波段。

值得注意的是，此处的有效口径，其实取决于望远镜网络当中相距最远的两个望远镜之间的距离。2017年有8个亚毫米波望远镜加入了观测，2018年北极圈之内格陵兰岛的亚毫米波望远镜也加入其中，基线长度进一步增加，也进一步改善了望远镜的分辨率。

然而，尽管我们现在的亚毫米望远镜基线已经达到了1万公里，但空间分辨率刚达到黑洞事件视界的尺寸，所以在科学家们观测的有限区域内，就相当于只有有限的几个像素。在《星际穿越》电影当中，天文学家基普·索恩设想的黑洞形象——包括吸积盘的许多具体细节——都通过技术手段呈现了出来，然而在真实的情况下，我们在照片中只能看到吸积盘上的几个亮斑而已。

随之而来的一个问题是，既然我们可以将两个望远镜放置得很远从而实现更高的分辨率，那么我们能否只用两个望远镜来完成黑洞照片呢？

很遗憾，不行。观测要求的不仅仅是分辨率，还有灵敏度——高分辨率可以让我们看到更多的细节，而高灵敏度则能够让我们看到更暗的天体。

在事件视界望远镜的阵列中，位于南极的SPT望远镜在提高望远镜的分辨率方面起到了非常大的作用，而位于智利的ALMA望远镜阵列对于提高灵敏度非常重要——望远镜真实的有效面积越大，灵敏度也就越高，ALMA望远镜阵列将事件视界望远镜的灵敏度提高了10倍以上，这也就意味着我们能够探测到更弱的天体。

如果未来将更多望远镜加入到这个阵列，我们就能探测到更弱的辐射区域，看到更多的细节，得到一张更加清晰的黑洞照片。

问

题

3

这张照片为啥“冲洗”了两年之久？

首先，望远镜观测到的数据量非常庞大。2017年时位于美国、墨西哥、西班牙、南极等地的望远镜观测到的数据量已达到10PB（=10240TB），2018年又增加了格陵兰岛望远镜，数据量继续增加。庞大的数据量让数据处理的难度不断加大。

另外，在数据处理的过程当中，科学家也遭遇了不少技术难题——黑洞附近的气体处于一种极端环境当中，其运动有着非常多的不确定性——为了解决这些问题，科学家们还专门开发了特定的程序和工具。

最后，为了保证结果的准确性，在最终数据处理的时候，严谨的科学家们在两个不同的地方分别处理、分别验证。全世界范围内设立了两个数据中心，一个位于美国的麻省理工学院，另外一个位于德国的马普射电所，二者彼此独立地处理数据，也彼此验证和校对，保证了最终结果的准确可靠。

问

题

4

“听到”黑洞之后，为啥等了这么久才“看到”它？

黑洞研究历时已久，四年前引力波已经让我们“听”到了来自黑洞合并的声音，为什么直到今天我们才“看”到黑洞的照片？

简单地说，是因为黑洞区域实在太小了——之前望远镜的角分辨率或者放大倍数不够大，在过去的几年中，我们才真正实现了能够看到黑洞附近区域的分辨能力。

其实，早在2017年进行全球联网观测之前，全球很多科学家已经为此努力了十多年的时间，并且利用8个望远镜阵列当中的几个进行了联网尝试，探测了银河系黑洞附近的区域，结果确实在亚毫米波段探测到了周围的一些辐射，这给了团队很大的信心。

在此之前，尽管科学家们已经掌握了很多证明黑洞确实存在的电磁观测数据，但是这些证据都是间接的——少数科学家会提出一些怪异的理论来作为黑洞的替代物，因为我们并没有直接观测到黑洞的模样。

2016年探测到的双黑洞合并产生的引力波，更是让人们愈加相信黑洞的存在。但引力波是类似于声波的“听”的方式，而电磁方式是一种“看”的方式，对于更倾向于“眼见为实”“有图有真相”的人类而言，以直观的电磁方式探测到黑洞还是非常让人期待的。所以，在2016年年初引力波被直接探测到之后，事件视界望远镜并没有放弃观测，反而以全球联网的方式，把这一探测技术推向了极致。

问

题

5

“黑洞照相馆”可以给所有黑洞拍照片吗？

科学家之前探测黑洞，是通过探测黑洞周围的吸积盘或者黑洞喷流产生的辐射，来间接地探测黑洞的存在。

从理论上来讲，任何能够产生辐射的黑洞都是适合拍照的，但受技术限制，我们只能选择拍摄到那些看起来非常大的黑洞，这样才有可能看到黑洞周围的一些细节。

事件视界望远镜此次观测其实选定了两个目标：一个是我们银河系中心的超大质量黑洞，质量为450万倍的太阳质量，距离地球2.6万光年；另外一个是位于M87星系中心的黑洞，其质量为65亿倍的太阳质量，距离地球5300万光年。

黑洞半径通常以史瓦西半径来描述，与黑洞质量成唯一正比关系，如果我们将视界大小定义为黑洞直径和黑洞距离的比值，那么我们可以知道，银河系中心黑洞的视界大小约为M87中心黑洞视界大小的1.4倍。这是我们知道的最大的两个黑洞，而那些质量只有几十个太阳质量的恒星级黑洞，尽管距离相对比较近，但是因为其质量过小，视界大小更小，就更难被我们的望远镜看到了。

问

题

6

中国科学家在其中发挥了什么作用？

在事件视界望远镜项目中，中国科学院天文大科学研究中心（国家天文台、紫金山天文台和上海天文台）参与了位于美国夏威夷的东亚JCMT望远镜对黑洞的观测，多名中国学者是此次黑洞照片相关论文的作者。

不过，中国天文学界清醒地认识到目前的“参与者”角色。中国科学院国家天文台副台长薛随建指出，这次“算是重在参与”，但为在相关科研领域“机制性参与国际合作组织、逐渐发挥越来越重要的作用，做出了良好的示范”。

毫无疑问，“在中国科学界参与的三十米望远镜（TMT）等其他重大国际项目中，那些可预期和不可预期的重大发现将更加激动人心，”薛随建在接受新华社记者采访时说。

太空可能是中国未来能发挥更多作用的地方。项目科学委员会主席法尔克说，今后要拍摄更好的黑洞照片，就需要比地球还大的望远镜，这就需要走向太空，“中国在射电干涉测量技术和太空探索方面的能力正快速增长，我期待未来中国能成为这个领域的重要一员”。

回顾与国际同行共同拍出人类首张黑洞照片的经历，中国科学院上海天文台研究员路如森说：“作为长期深度参与事件视界望远镜国际合作的中国研究人员，我觉得这张黑洞照片是科学共同体的努力结果。科学对人类发展至关重要，人类的科学共同体也是人类命运共同体的重要组成部分。” 综合新华社、环球网