人類首張黑洞照片的三大看點(diǎn)

4月10日，人類獲得的首張黑洞照片面世。自1915年愛因斯坦預(yù)言黑洞存在后，這是人類首次“親眼目睹”黑洞真容。那么，這張照片在科學(xué)上有多重要？拍到黑洞照片有多難？中國(guó)又發(fā)揮了什么作用？

“愛因斯坦又對(duì)了”

所謂黑洞，是愛因斯坦廣義相對(duì)論預(yù)言存在的一種天體。按照中科院上海天文臺(tái)研究員路如森的說法，黑洞具有超強(qiáng)引力，即便是光，也無法逃脫它的勢(shì)力范圍。該勢(shì)力范圍被稱作黑洞的半徑或“事件視界”。

按照100多年前愛因斯坦提出的廣義相對(duì)論，人類似乎永遠(yuǎn)不能看到“黑洞本身”。相應(yīng)的，黑洞的“事件視界”，就是科學(xué)家能看到的“最接近黑洞本身的圖像”。正因?yàn)檫@個(gè)，第一張黑洞照片才備受期待，被譽(yù)為“非凡的科研成果”，是天文學(xué)上的“重要里程碑”，“具有歷史性意義”。

美國(guó)亞利桑那大學(xué)天文學(xué)副教授丹尼爾·馬羅內(nèi)認(rèn)為，黑洞之所以重要，是因?yàn)樗陂L(zhǎng)時(shí)間尺度上會(huì)影響宇宙演化。但人們并沒有完全了解黑洞如何吞噬物質(zhì)，然后又將其中一部分以接近光速向外噴射，影響其所在星系。黑洞照片不僅將為廣義相對(duì)論提供新信息，也有助于了解黑洞噴流的形成過程。

1919年，人們?cè)诜侵藓湍厦莱霈F(xiàn)日食時(shí)觀測(cè)到光線的彎曲，從而驗(yàn)證了廣義相對(duì)論相關(guān)預(yù)言的正確性。百年后發(fā)布的黑洞照片，又一次支持廣義相對(duì)論。不由讓人想起被多次重復(fù)的那句話：愛因斯坦又對(duì)了。

“上一代人不可能做到的事”

此次拍照的一個(gè)目標(biāo)是代號(hào)為M87的超巨橢圓星系中心黑洞，它的質(zhì)量是太陽的65億倍，但離我們實(shí)在太遠(yuǎn)，達(dá)到5500萬光年。

要拍攝這么遠(yuǎn)的對(duì)象，科學(xué)家模擬出口徑像地球一樣大的望遠(yuǎn)鏡，這就是“事件視界望遠(yuǎn)鏡”（簡(jiǎn)稱EHT），它集合了分布在全球各地的多個(gè)射電望遠(yuǎn)鏡。從智利阿塔卡馬沙漠到南極冰原，從西班牙的高山到夏威夷的海島，8個(gè)射電望遠(yuǎn)鏡通過“甚長(zhǎng)基線干涉測(cè)量技術(shù)”聯(lián)合起來，成功拍到人類歷史上第一張黑洞照片。

談及給黑洞拍照的難度，項(xiàng)目協(xié)作委員會(huì)主席、德國(guó)馬克斯·普朗克射電天文研究所所長(zhǎng)安東·岑蘇斯打比方說：“如果地球是平的，那么使用這一技術(shù)就好比從巴黎的咖啡館看清紐約街頭報(bào)紙上的字?！?/p>

經(jīng)大約兩年的數(shù)據(jù)處理及理論分析，照片才成功“沖洗”出來。

照片展示了一個(gè)中心黑色的明亮環(huán)狀結(jié)構(gòu)，有點(diǎn)兒像甜甜圈，也與此前科幻電影《星際穿越》科學(xué)顧問根據(jù)相對(duì)論等模擬的黑洞圖片相似。“事件視界望遠(yuǎn)鏡”項(xiàng)目專家認(rèn)為，與理論預(yù)測(cè)一致，這也證明拍到的就是黑洞。

“我們已經(jīng)完成了上一代人認(rèn)為不可能做到的事情?！表?xiàng)目主任、美國(guó)哈佛-史密森天體物理學(xué)中心的謝潑德·杜勒曼總結(jié)說，“技術(shù)的突破、世界上最好的射電望遠(yuǎn)鏡之間的合作、創(chuàng)新的算法都匯聚到一起，打開了一個(gè)了解黑洞的全新窗口?！?/p>

“期待中國(guó)成為重要一員”

在“事件視界望遠(yuǎn)鏡”項(xiàng)目中，中國(guó)科學(xué)院天文大科學(xué)研究中心（國(guó)家天文臺(tái)、紫金山天文臺(tái)和上海天文臺(tái)）參與了位于美國(guó)夏威夷的東亞JCMT望遠(yuǎn)鏡對(duì)黑洞的觀測(cè)，多名中國(guó)學(xué)者是此次黑洞照片相關(guān)論文的作者。

不過，中國(guó)天文學(xué)界清醒地認(rèn)識(shí)到目前的“參與者”角色。中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)副臺(tái)長(zhǎng)薛隨建指出，這次“算是重在參與”，但為在相關(guān)科研領(lǐng)域“機(jī)制性參與國(guó)際合作組織、逐漸發(fā)揮越來越重要的作用，做出了良好的示范”。

太空可能是中國(guó)未來能發(fā)揮更多作用的地方。EHT科學(xué)委員會(huì)主席海諾·法爾克說，今后要拍攝更好的黑洞照片，就需要比地球還大的望遠(yuǎn)鏡，這就需要走向太空，“中國(guó)在射電干涉測(cè)量技術(shù)和太空探索方面的能力正快速增長(zhǎng)，我期待未來中國(guó)能成為這個(gè)領(lǐng)域的重要一員”。

回顧與國(guó)際同行共同拍出人類首張黑洞照片的經(jīng)歷，中國(guó)科學(xué)院上海天文臺(tái)研究員路如森說：“作為長(zhǎng)期深度參與‘事件視界望遠(yuǎn)鏡國(guó)際合作的中國(guó)研究人員，我覺得這張黑洞照片是科學(xué)共同體的努力結(jié)果。科學(xué)對(duì)人類發(fā)展至關(guān)重要，人類的科學(xué)共同體也是人類命運(yùn)共同體的重要組成部分。”（新華社2019.4.11）