如何拍一個黑洞

人類拍下首張黑洞照片的消息，大臉兔已第一時間為大家播報。今天就讓栗子君帶你來學習——

黑洞不是你想拍，想拍就能拍

現今恐怕沒幾個人不知道“黑洞”一詞，這很大程度上得歸功于愛因斯坦與霍金兩位大神的名人效應。但其實早在1783年，劍橋學霸約翰·米歇爾就提出了黑洞的概念。

米歇爾設想，有一種天體，如果密度足夠大的話，其引力也將大到連光都無法逃逸。

1915年，廣義相對論發表后不久，天文學家卡爾·史瓦西就根據愛因斯坦重力場方程，算出了黑洞確實可能存在。

那么問題來了：黑洞既然能吞噬一切物質、能量，連光都不能幸免，那么它就是不可見的，它的存在該如何證實？

間接證據是有的。

黑洞強大的引力，會將附近的物質吸向自己。這些物質繞著黑洞旋轉并最終落入其中，這一過程稱為“吸積”。物質繞轉時形成一個盤狀，稱為“吸積盤”。由于高速旋轉，摩擦生熱，吸積盤溫度非常高，會放出強烈的X射線。故宇宙中的超強X射線源，很可能就是黑洞的所在。人類發現的第一個疑似黑洞天鵝座X-1，正是這樣一個射線源。

此外，由于磁場的作用，吸積盤上的一些物質會以接近光速的高速，從垂直于吸積盤的方向上噴出。這是追尋黑洞的另一線索?！熬W紅”黑洞Powehi所在的M87星系中心，就以長達5000光年的壯麗噴流而著稱。

當然，無論X射線抑或高速噴流，它們依然不是黑洞本身。2015年，雙黑洞合并產生的引力波首次被探測到，人類相當于“聽”見了黑洞的存在。但“耳聽為虛”，唯有親眼“看”見，才算 踏實。

腦洞有多大，眼界就有多大

如前所述，黑洞不能直接被看見，不過呢，它總得有個邊界，叫做“事件視界”。事件視界被吸積盤所圍繞，其輪廓也就被吸積盤勾勒出來。我們要“看”的，就是這個剪影一樣的輪廓。

說起來簡單做起來難。因為黑洞們實在太遙遠了。比如Powehi，雖然它的事件視界比太陽系還大，但5500萬光年的距離使得要看見它好比從地球看月球上的一個橘子！沒有一個實體望遠鏡有這樣變態的能力。

所幸，我們有“甚長基線干涉測量”技術，簡單來說，就是把幾個小望遠鏡聯合起來，達到一臺超大型望遠鏡的觀測效果。

這臺虛擬的超大望遠鏡有多大呢？其口徑相當于相距最遠的兩個小望遠鏡間的直線距離。也就是說，地球上的小望遠鏡聯合而成的虛擬望遠鏡，最大可以相當于地球那么大?。ㄈ绻由?011年俄羅斯發射的太空望遠鏡，這個最大值還可拓展到35萬公里，跟地月距離差不多了。）

經過多年的協調，天文學家調動了全球8臺頂尖的射電望遠鏡（陣），組成了這個腦洞跟地球一樣大的虛擬望遠鏡——事件視界望遠鏡，來給黑洞拍照。

拍照五天，沖印兩年

技術有了，器材也OK，是不是請黑洞同志看向鏡頭微笑一下，就能得到一張標準照了呢？不行，還得看日子。

“甚長基線干涉測量”技術要求，所有參與的望遠鏡要在同一時間觀測同一天體。于是，為了避免來自云層水汽的影響，8臺望遠鏡所在的地方必須同時晴天，連云都不能有。

這樣的要求已經像全班大合照中不能有人眨眼一樣苛刻了，更何況8臺望遠鏡觀測產生的數據多得嚇人，根本無法通過網絡傳送，只能用硬盤記錄后“人肉”快遞到一地匯總。其中進入極地從南極望遠鏡取出數據的機會，一年還只有一次！

2017年4月5日，事件視界望遠鏡終于等來了合適的時機。8座臺站聯手，連續5天對M87星系和銀河系中央的兩個黑洞進行觀測，獲得了約3500TB的海量數據。

3500TB是個什么概念？如果像看電影一樣不間斷地看，得用500多年才能看完;即使用大型計算機集群來處理，也花了兩年時間。

至此，來自全世界的200多名科學精英，前前后后付出了十余年的努力。要是從米歇爾的腦洞開始算，為了這驚鴻一瞥，我們已等了兩個多世紀！

雖然只是一張照片，但相對論的正確性卻再次得到驗證，愛老爺子棒棒的！下一個被驗證的將是什么？是霍金關于黑洞內部性質的預測嗎？等在黑洞出口的，會不會是平行世界的霍金……哈哈，開個玩笑。不過栗子君還是很期待的喲，你呢？