黑洞照片怎么拍的 黑洞照片具體拍攝手法 事件視界望遠鏡是什么

據新華社報道，“如果地球是平的，那使用這一技術可以從波恩看清紐約街頭報紙上的字。”德國馬克斯·普朗克射電天文研究所所長安東·岑蘇斯對記者說，集合全球射電望遠鏡給黑洞拍照，有助于探索宇宙形成之謎。

人類首次拍攝到的黑洞照片10日將在全球多地同時發布，岑蘇斯作為項目協作委員會主席及照片數據分析機構的負責人主持比利時布魯塞爾的新聞發布會。

發布會前夕，岑蘇斯在德國波恩接受記者專訪時介紹，這個項目的主要任務是拍攝兩個黑洞。一個位于銀河系中心，名為“人馬座A＊”，是距離我們最近的超大質量黑洞；另一個就是位于銀河系鄰近星系M87中心的黑洞，它的質量要大得多。它們是按人類“現有的能力”確定的“理想觀測對象”。

即使最近的“人馬座A＊”，距地球也有2．6萬光年，M87更是距離地球5500萬光年。給這么遠的對象拍照，需要舉全球之力。岑蘇斯說，這一名為“事件視界望遠鏡”的項目團隊由來自全球的數百名研究人員組成，集合了分布在全球各地的多個射電望遠鏡。

“我們很早就和國際合作伙伴一起，致力于將相關科技能力推進到毫米波等級。”岑蘇斯說，給黑洞拍照主要應用的是“甚長基線干涉測量技術”，通過陣列望遠鏡，既能敏感捕捉微弱信號，又能擁有高分辨率，從而進行詳盡觀測。

據介紹，拍照工作大約兩年前正式啟動，位于歐洲、美洲、大洋洲和南極洲的8個天文臺參與。觀測數據于2017年4月完成收集，并在當年年底送到馬克斯·普朗克射電天文研究所和美國麻省理工學院分析。2018年6月至11月，各地科學家基于這些數據進行圖像構建工作。此后直至今年4月，是相關論文的撰寫和同行評議階段。

“我們取得的觀察結果非常重要，質量也讓人驚喜。”岑蘇斯說，“我們希望借此驗證廣義相對論的有關預測，并了解星系的形成和演化。終極目標是從天文領域認識自然，了解宇宙的形成。”

談到此次成果的全球多地同時發布，岑蘇斯說，“這是因為這些地方有我們項目的重要參與者”。

岑蘇斯肯定了中國同行的貢獻。“中國科學院上海天文臺直接參與了位于美國夏威夷的東亞JCMT望遠鏡對黑洞的觀測，中國其他科研機構的多名研究人員也以不同形式參與了后期數據的分析和解讀，”他說，“我們也希望，未來中國能有更多新的毫米波望遠鏡參與進來。”

岑蘇斯表示，首次發布黑洞照片“只是開始”。“我們未來會擴大陣列望遠鏡的數量規模，提高靈敏度和分辨率，繼續觀測兩個黑洞在不同階段的變化，甚至對新的黑洞進行觀察，拍攝新的、質量更好的照片。”

什么樣的黑洞適合拍照？

事實上，黑洞并不是孤立存在的，黑洞的中心是一個奇點，它的周圍存在大量氣體，據黑洞研究專家、國家天文臺研究員茍利軍教授介紹，由于黑洞的強大引力，氣體會朝黑洞下落。而當這些氣體被加熱到數十億度高溫時，便會發出強烈的輻射。同時，黑洞也會以噴流和風的形式向外噴射物質和能量。不過，雖說黑洞的陰影能被“看到”，但也不是所有黑洞都符合成像條件。由于黑洞事件視界的大小與其質量成正比，這也意味著黑洞的質量越大，事件視界就越大，也越適合成像。因此，距離我們近的超大質量黑洞是完美的黑洞成像候選體。用這一虛擬望遠鏡“拍照”的兩個目前已知最優的候選體，一個是銀河系中心黑洞Sgr A＊ ，一個是近鄰射電星系M87的中心黑洞M87＊。此前，距離地球2．6萬光年的Sgr A＊從未被直接看到過，但其附近的恒星會受到它的影響，因此科學家認為，它真實存在。此外，由于人馬座的Sgr A＊被宇宙塵埃和氣體包圍，觀測難度大大增加。天文學家集中了位于南極洲、美洲和歐洲的6個地方的8臺望遠鏡，組成“事件視界望遠鏡”，共同發射能穿透黑洞周圍密集星云的窄頻無線電波，來“對焦”這個著名的黑暗之地。為了增加探測靈敏度，“事件視界望遠鏡”（EHT）所記錄的數據量非常龐大。2017年4月份的觀測中，每個臺站的數據率達到驚人的32Gbit／s，8個臺站在5天觀測期間共記錄約3500TB數據（相當于350萬部電影，至少要幾百年才能看完！）。EHT采用專用硬盤來記錄數據，再把它們送回數據中心進行處理。在那里，研究人員用超級計算機矯正電磁波抵達不同望遠鏡的時間差，并把所有數據做互相關綜合處理，從而達到信號相干的目的。在此基礎之上，通過對這些數據經過近兩年時間的后期處理和分析，人類終于捕獲了首張黑洞圖像。

“事件視界望遠鏡”（EHT）項目是什么？

中國也有參與者2017年4月，“事件視界望遠鏡”啟動對黑洞拍照，“沖洗”用了約兩年時間。包括中國科學院上海天文臺在內的一些國內機構參與了此次國際合作。此外，我國科學家長期關注高分辨率黑洞成像研究，在EHT國際合作形成之前就已開展了多方面具有國際顯示度的相關工作。在此次EHT合作中，中國科學家在早期共同推動了EHT的合作并參與了EHT望遠鏡觀測時間的申請，同時協助JCMT望遠鏡開展觀測并參與數據處理和結果理論分析等，為EHT黑洞成像做出了積極的貢獻。事件視界望遠鏡項目由13個合作機構組成，中國科學院天文大科學中心（CAMS） 是其中之一。CAMS由中國科學院國家天文臺、紫金山天文臺和上海天文臺共同建立，其中上海天文臺牽頭組織協調國內學者參與了此次合作。中國科學院上海天文臺研究員、副臺長、學術委員會主任袁峰曾介紹，直接觀測到黑洞相當于是給彎曲的時空拍照，需要望遠鏡有很高的分辨率。如果采用毫米波望遠鏡觀測，根據公式測算，它的口徑需要達到“地球直徑”一樣的長度。如果用光學望遠鏡需要達到幾公里的口徑，紅外望遠鏡需要達到10－100公里口徑。而人類目前建造最大的望遠鏡是口徑只有500米的射電望遠鏡，位于我國貴州。要想“視線”觸及遠距離黑洞，并能穿透彌漫氣體及高溫氣體，就需要有一個與地球體型相當的巨型望遠鏡才行，“事件視界望遠鏡”（EHT）完成的正是這個任務。事件視界望遠鏡并不是一個傳統觀念的觀測平臺，而是由位于美國、墨西哥、智利、法國、格陵蘭島和南極的天線組成觀測陣列，根據加州大學伯克利分校天體物理學家賈森·德克斯特介紹：“這個觀測計劃是一個前所未有的實驗，我們將獲得更加清晰的黑洞周圍圖像信號。”他表示，如果這一技術走向成熟，那么可在未來幾年內提供令人驚訝的觀測結果。“從地球上觀測人馬座A ＊，就如同我們觀測月球上的一顆柚子，但是事件視界望遠鏡卻可以勝任這一任務，它的分辨率可以觀測月球上一個大小接近高爾夫球的物體。”