黑洞，終于見到你

咖啡不加糖

北京時間2019年4月10日21點整，比利時布魯塞爾、智利圣地亞哥、中國上海和臺北、日本東京、美國華盛頓等全球六地同步召開了全球新聞發布會，發布了“事件視界望遠鏡”的第一項重大成果，人類歷史上首張黑洞的實拍照片。

我們知道，任何拍攝的設備都需要光線或電磁波照射物體后反射回設備再成像。而黑洞能把光線和電磁波都吸收進去，不會有任何光線和電磁波反射回來。人類連找到黑洞都十分困難，更別說拍攝了。那么，科學家又是如何做到的呢？

找到黑洞的關鍵在于找它們的“周邊”——“吸積盤”和“噴流”。黑洞強大的引力會將附近的物質拉到自己身邊，這些物質會繞著黑洞旋轉，最終落入其中，這個過程被稱為“吸積”，物質在繞行時形成的盤狀結構則被稱為“吸積盤”。當吸積氣體過多時，一部分氣體在掉入黑洞視界面之前，在磁場作用下就被沿著轉動的方向拋射出去，形成噴流。“吸積盤”和“噴流”現象會因為高速運動被加熱到數十億攝氏度的高溫，還會發出強烈的輻射，而這些現象很容易被地球上的科學家通過望遠鏡探測到，所以黑洞也就有跡可循了。

那怎么給黑洞拍照呢？“事件視界望遠鏡”就是這樣一個專為獲取黑洞影像的實驗計劃。該項目的主要觀測目標有兩個：一個是銀河系中央的特大質量黑洞人馬座A，另一個是室女座A星系中心的黑洞。之所以選定這兩個黑洞作為觀測目標，是因為它們的視界面在地球上看起來最大，其他黑洞因為距離地球更遠或質量大小有限，觀測難度更大。

要想為黑洞成像，需要口徑像地球一樣大的望遠鏡，這是地球上任何單個望遠鏡都達不到的。在過去十多年里，“事件視界望遠鏡”的科學家利用全球各地的8個射電望遠鏡組成網絡，通過干涉測量法，同時對黑洞展開觀測。每個射電望遠鏡都會收集并記錄來自于黑洞附近的電磁波信號，然后將這些數據集成，并計算出“事件視界的圖像”。為了增加空間分辨率，看清更為細小的區域，這些射電望遠鏡陣列里還包括位于智利和南極的射電望遠鏡。

拍攝黑洞的“武器”有了，接下來就是等待抓拍的時機。要保證8個射電望遠鏡同時看到這兩個黑洞，留給科學家的觀測窗口期非常短暫，每年只有大約10天。這其中，智利的ALMA望遠鏡因為靈敏度最高，所以肩負著一系列的觀測計劃，檔期非常滿。此次，對黑洞視界面的觀測，ALMA望遠鏡只能空出四天時間，其中，兩個晚上觀測銀河系中心特大質量黑洞人馬座A，剩下的時間留給室女座A星系中心的黑洞。

給黑洞拍張照片不容易，“洗照片”更是耗時漫長。此次“事件視界望遠鏡”觀測所涉及的站點區域跨越了南北半球，所產生的數據量也十分龐大。在2017年觀測的那5天里，每座射電望遠鏡都會搜集超過500TB的數據，整個陣列產生的數據約7000TB，這些龐大的信息量不可能依靠網絡傳遞，只能使用硬盤記錄數據。在觀測結束后，各個站點就會把這些數據硬盤通過郵寄的方式集中運送到兩個數據中心——位于美國麻省的海斯塔克天文臺和德國波恩的馬克斯普朗克天文研究所。在那里，大型計算機集群將會對所有的數據進行合并與分析，這些經過校準的資料，將被集成用來制作分辨率極佳的影像。

你可能還記得其中有一個射電望遠鏡位于南極。那里的極端氣候造成每年2月到10月沒有航班飛往，因此，硬盤直到2017年10月才被運出，輾轉一個月后才能到達目的地。此后，科學家又花費了一年時間等待超級電腦對數據進行合并、分析。

終于，我們等到了黑洞的第一張照片，何其有幸。