人類首張黑洞照片的三大看點

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？中國又發(fā)揮了什么作用？

“愛因斯坦又對了”

所謂黑洞，是愛因斯坦廣義相對論預(yù)言存在的一種天體。按照中科院上海天文臺研究員路如森的說法，黑洞具有超強(qiáng)引力，即便是光，也無法逃脫它的勢力范圍。該勢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”。正因為這個，第一張黑洞照片才備受期待，被譽為“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，是因為它在長時間尺度上會影響宇宙演化。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，人們在非洲和南美出現(xiàn)日食時觀測到光線的彎曲，從而驗證了廣義相對論相關(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論。不由讓人想起被多次重復(fù)的那句話：愛因斯坦又對了。

“上一代人不可能做到的事”

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

要拍攝這么遠(yuǎn)的對象，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”（簡稱EHT），它集合了分布在全球各地的多個射電望遠(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個射電望遠(yuǎn)鏡通過“甚長基線干涉測量技術(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，項目協(xié)作委員會主席、德國馬克斯·普朗克射電天文研究所所長安東·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紙上的字。”

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。

照片展示了一個中心黑色的明亮環(huán)狀結(jié)構(gòu)，有點兒像甜甜圈，也與此前科幻電影《星際穿越》科學(xué)顧問根據(jù)相對論等模擬的黑洞圖片相似。“事件視界望遠(yuǎn)鏡”項目專家認(rèn)為，與理論預(yù)測一致，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。”項目主任、美國哈佛-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，打開了一個了解黑洞的全新窗口。”

“期待中國成為重要一員”

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

不過，中國天文學(xué)界清醒地認(rèn)識到目前的“參與者”角色。中國科學(xué)院國家天文臺副臺長薛隨建指出，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”。

太空可能是中國未來能發(fā)揮更多作用的地方。EHT科學(xué)委員會主席海諾·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，“中國在射電干涉測量技術(shù)和太空探索方面的能力正快速增長，我期待未來中國能成為這個領(lǐng)域的重要一員”。

回顧與國際同行共同拍出人類首張黑洞照片的經(jīng)歷，中國科學(xué)院上海天文臺研究員路如森說：“作為長期深度參與‘事件視界望遠(yuǎn)鏡國際合作的中國研究人員，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共同體的重要組成部分。”（新華社2019.4.11）