人類(lèi)終于知道黑洞是什么樣子的了。
剛剛，世界首張黑洞照片在比利時(shí)布魯塞爾、智利圣地亞哥、中國(guó)上海和臺(tái)北、日本東京、美國(guó)華盛頓等6地同時(shí)發(fā)布。
看起來(lái)，它像一個(gè)甜甜圈。
別看這張照片很模糊，遠(yuǎn)不及《星際穿越》中的黑洞那樣炫酷，它可是人類(lèi)天文觀測(cè)史上獲得的第一張真實(shí)黑洞圖像，耗時(shí)兩年才得以“沖洗”完成，將給天文學(xué)家了解星際演化等提供極有價(jià)值的直接依據(jù)，也很有可能改變我們既有的對(duì)黑洞、引力甚至是宇宙的認(rèn)知。
簡(jiǎn)而言之，這張照片是人類(lèi)天文觀測(cè)史上的重要里程碑，它直接證實(shí)了愛(ài)因斯坦相對(duì)論的正確性。
此次拍攝的黑洞為室女座星系團(tuán)中超大質(zhì)量星系M87中心的黑洞，距離地球5500萬(wàn)光年，質(zhì)量為太陽(yáng)的65億倍。這么遠(yuǎn)的距離，就意味著現(xiàn)今的航天器根本去到黑洞附近用相機(jī)進(jìn)行傳統(tǒng)“拍攝”，而需要一些特殊的辦法。
這張照片便是在2017年由8座ETH攝電望遠(yuǎn)鏡歷時(shí)5天收集的超7000TB的數(shù)據(jù)中分析集成的，絕對(duì)真實(shí)，無(wú)半點(diǎn)人類(lèi)加工成分。
那么，這究竟是怎樣一張照片，竟要“沖洗”兩年時(shí)間？
為什么人類(lèi)一直沒(méi)能獲得真實(shí)的黑洞照片？
作為宇宙中最神秘的天體之一，黑洞的“樣貌”歷來(lái)只存在于藝術(shù)加工或電腦模擬圖像中，也從沒(méi)有人敢對(duì)它做最終定義，包括愛(ài)因斯坦。
1916年，愛(ài)因斯坦提出廣義相對(duì)論，首次將引力場(chǎng)解釋成“時(shí)空的彎曲引力可視為時(shí)空扭曲”。具體來(lái)說(shuō)，愛(ài)因斯坦認(rèn)為，因黑洞的強(qiáng)大引力，其周?chē)臅r(shí)空會(huì)發(fā)生扭曲，這塊區(qū)域便是今天照片的重點(diǎn)組成部分——事件視界。（不考慮真實(shí)性的話(huà)，各位可自行腦補(bǔ)《星際穿越》中的場(chǎng)景）
眾所周知，一個(gè)物體想要被看見(jiàn)，最直接的媒介就是光。通過(guò)發(fā)光或?qū)獾姆瓷?，物體不僅能展示真實(shí)樣貌，還能夠顯現(xiàn)多彩的顏色。比如太陽(yáng)，本身就會(huì)發(fā)光；月球則可以反射太陽(yáng)光讓大家看清它的面貌。但這一切對(duì)于黑洞來(lái)說(shuō)，就很難了。
因?yàn)楹诙磸?qiáng)大的引力，事件視界內(nèi)所有的物質(zhì)都會(huì)被它吞噬，包括光。因此，人類(lèi)無(wú)法通過(guò)傳統(tǒng)的“拍攝”手法揭開(kāi)黑洞的真面目，只能另想它法。
看見(jiàn)“黑洞”，關(guān)鍵在“事件視界”
天文學(xué)家認(rèn)為，讓黑洞可視化的關(guān)鍵，在于“事件視界”。
上面提到，黑洞的強(qiáng)大引力會(huì)將事件視界內(nèi)所有的物質(zhì)都“吞噬”掉。目前，天文學(xué)家尚未明確知道具體的“吞噬”過(guò)程，但有一點(diǎn)能確定的是，物質(zhì)在進(jìn)入黑洞之前會(huì)圍繞黑洞做高速旋轉(zhuǎn)，并快速向黑洞靠近。
重點(diǎn)來(lái)了，物質(zhì)高速旋轉(zhuǎn)必然會(huì)產(chǎn)生熱量，在被加熱到數(shù)十億度的高溫時(shí)，所發(fā)出的強(qiáng)烈輻射便能被遠(yuǎn)在數(shù)千萬(wàn)光年外的地球捕捉到，從而進(jìn)一步獲得有關(guān)黑洞的剪影。
這樣一來(lái)，“拍攝”黑洞照片，便可以進(jìn)入實(shí)際可操作階段了。但其實(shí)，這并不容易，因?yàn)榈厍螂x黑洞實(shí)在是太，遠(yuǎn)，了（遠(yuǎn)點(diǎn)好，不然就被吸進(jìn)去了——）。
如何“看清”黑洞廬山真面目？
迄今為止，人類(lèi)對(duì)黑洞的探索都極為有限，其中了解相對(duì)較多便是銀河系中心的特大質(zhì)量黑洞人馬座A*，它距離地球2500萬(wàn)光年。而此次照片的主角，離我們更遠(yuǎn)，有5500萬(wàn)光年（究竟有多遠(yuǎn)自己想像吧），質(zhì)量為太陽(yáng)的65億倍。
別看它有這么大，因?yàn)榫嚯x過(guò)遠(yuǎn)，從地球上“看”過(guò)去，該黑洞幾不可見(jiàn)。類(lèi)比來(lái)看，看這一超級(jí)黑洞就仿佛在地球上看一枚掉落在月球表面的一顆紐扣一樣，想要“看清”它，需要一個(gè)口徑至少和地球直徑一樣大的望遠(yuǎn)鏡。顯然，靠單個(gè)望遠(yuǎn)鏡根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)黑洞的探測(cè)。但一個(gè)不行，我們可以用多個(gè)，通過(guò)組建虛擬望遠(yuǎn)鏡網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)它。
為了揭開(kāi)黑洞的廬山真面目，2014年12月，各國(guó)天文學(xué)家開(kāi)始奔赴阿塔卡瑪、智利、西班牙、夏威夷、北美、墨西哥，甚至是南極等地，分別安排建設(shè)事件視界望遠(yuǎn)鏡（EHT，專(zhuān)為獲得黑洞影像的實(shí)驗(yàn)計(jì)劃），以期組成一個(gè)巨大的虛擬望遠(yuǎn)鏡網(wǎng)絡(luò)，觀測(cè)幾千萬(wàn)光年之外的黑洞。
簡(jiǎn)而言之，天文學(xué)家在全球各地建設(shè)了攝電望遠(yuǎn)鏡，并通過(guò)連接它們形成了一個(gè)巨大網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)便仿佛是一個(gè)口徑足夠大的虛擬望遠(yuǎn)鏡，這樣便可以吸收到足夠的來(lái)自黑洞的輻射了，再通過(guò)數(shù)據(jù)集成模擬出黑洞事件視界的圖像。
但要做到這一點(diǎn)，必須保證所有攝電望遠(yuǎn)鏡在觀測(cè)時(shí)時(shí)間上是絕對(duì)同步的。為什么這么說(shuō)呢？
我們可以將ETH虛擬望遠(yuǎn)鏡想象成一個(gè)巨大的拋物面的鏡子，而黑洞事件界面?zhèn)鞯降厍虻妮椛錇槠叫泄?。?dāng)平行光進(jìn)入反射面時(shí)，只有在特定反射角度下，光同一時(shí)間抵達(dá)焦點(diǎn)才能夠獲取最清晰的圖像。而如果多個(gè)攝電望遠(yuǎn)鏡在時(shí)間上不夠絕對(duì)同步，就相當(dāng)于這面鏡子在不斷震動(dòng)，那么反射的光線就無(wú)法同時(shí)聚焦，所獲取的圖像必然不清晰甚至完全走形。
為此，EHT采用了原子鐘（一種計(jì)時(shí)裝置，精度可以達(dá)到每2000萬(wàn)年才誤差1秒）來(lái)確保數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性，在兩年前同步開(kāi)啟多個(gè)攝電望遠(yuǎn)鏡的數(shù)據(jù)采集工作。在為期5天的觀測(cè)中，ETH共收集到了超7000TB的數(shù)據(jù)，并通過(guò)硬盤(pán)運(yùn)送至美國(guó)海斯塔克天文臺(tái)及位于德國(guó)的馬克斯博朗克電波天文研究所，利用那里的超級(jí)計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)矯正、分析、合成。運(yùn)送之繁瑣、數(shù)據(jù)之多、工作之重可以想見(jiàn)，這也是為什么首張黑洞照片“沖洗”歷時(shí)兩年的主要原因。
首張黑洞照片的意義
毋庸置疑，此次發(fā)布的照片意義重大，天文學(xué)家可以基于此對(duì)事件視界這一極端環(huán)境進(jìn)行進(jìn)一步的了解，首次以最直接的方式驗(yàn)證愛(ài)因斯坦理論的正確性。
除此之外，由于黑洞在星際演變中的重要性，天文學(xué)家還可以根據(jù)圖像推演出星系中壯觀噴流是如何形成并影響星系演化的，甚至可能因此改變?nèi)祟?lèi)此前對(duì)黑洞、引力，乃至宇宙的認(rèn)知。而這些謎底，都將隨著ETH項(xiàng)目的不斷擴(kuò)大一步步被揭開(kāi)。
最后，小編想提一個(gè)不成熟的小建議：黑洞照片既然已經(jīng)亮相，電影界的朋友們是不是可以行動(dòng)起來(lái)了，尤其是諾蘭導(dǎo)演，《星際穿越2》是不是也可以提上議程了？
剛剛，世界首張黑洞照片在比利時(shí)布魯塞爾、智利圣地亞哥、中國(guó)上海和臺(tái)北、日本東京、美國(guó)華盛頓等6地同時(shí)發(fā)布。
看起來(lái)，它像一個(gè)甜甜圈。
別看這張照片很模糊，遠(yuǎn)不及《星際穿越》中的黑洞那樣炫酷，它可是人類(lèi)天文觀測(cè)史上獲得的第一張真實(shí)黑洞圖像，耗時(shí)兩年才得以“沖洗”完成，將給天文學(xué)家了解星際演化等提供極有價(jià)值的直接依據(jù)，也很有可能改變我們既有的對(duì)黑洞、引力甚至是宇宙的認(rèn)知。
簡(jiǎn)而言之，這張照片是人類(lèi)天文觀測(cè)史上的重要里程碑，它直接證實(shí)了愛(ài)因斯坦相對(duì)論的正確性。
此次拍攝的黑洞為室女座星系團(tuán)中超大質(zhì)量星系M87中心的黑洞，距離地球5500萬(wàn)光年，質(zhì)量為太陽(yáng)的65億倍。這么遠(yuǎn)的距離，就意味著現(xiàn)今的航天器根本去到黑洞附近用相機(jī)進(jìn)行傳統(tǒng)“拍攝”，而需要一些特殊的辦法。
這張照片便是在2017年由8座ETH攝電望遠(yuǎn)鏡歷時(shí)5天收集的超7000TB的數(shù)據(jù)中分析集成的，絕對(duì)真實(shí)，無(wú)半點(diǎn)人類(lèi)加工成分。
那么，這究竟是怎樣一張照片，竟要“沖洗”兩年時(shí)間？
為什么人類(lèi)一直沒(méi)能獲得真實(shí)的黑洞照片？
作為宇宙中最神秘的天體之一，黑洞的“樣貌”歷來(lái)只存在于藝術(shù)加工或電腦模擬圖像中，也從沒(méi)有人敢對(duì)它做最終定義，包括愛(ài)因斯坦。
1916年，愛(ài)因斯坦提出廣義相對(duì)論，首次將引力場(chǎng)解釋成“時(shí)空的彎曲引力可視為時(shí)空扭曲”。具體來(lái)說(shuō)，愛(ài)因斯坦認(rèn)為，因黑洞的強(qiáng)大引力，其周?chē)臅r(shí)空會(huì)發(fā)生扭曲，這塊區(qū)域便是今天照片的重點(diǎn)組成部分——事件視界。（不考慮真實(shí)性的話(huà)，各位可自行腦補(bǔ)《星際穿越》中的場(chǎng)景）
眾所周知，一個(gè)物體想要被看見(jiàn)，最直接的媒介就是光。通過(guò)發(fā)光或?qū)獾姆瓷?，物體不僅能展示真實(shí)樣貌，還能夠顯現(xiàn)多彩的顏色。比如太陽(yáng)，本身就會(huì)發(fā)光；月球則可以反射太陽(yáng)光讓大家看清它的面貌。但這一切對(duì)于黑洞來(lái)說(shuō)，就很難了。
因?yàn)楹诙磸?qiáng)大的引力，事件視界內(nèi)所有的物質(zhì)都會(huì)被它吞噬，包括光。因此，人類(lèi)無(wú)法通過(guò)傳統(tǒng)的“拍攝”手法揭開(kāi)黑洞的真面目，只能另想它法。
看見(jiàn)“黑洞”，關(guān)鍵在“事件視界”
天文學(xué)家認(rèn)為，讓黑洞可視化的關(guān)鍵，在于“事件視界”。
上面提到，黑洞的強(qiáng)大引力會(huì)將事件視界內(nèi)所有的物質(zhì)都“吞噬”掉。目前，天文學(xué)家尚未明確知道具體的“吞噬”過(guò)程，但有一點(diǎn)能確定的是，物質(zhì)在進(jìn)入黑洞之前會(huì)圍繞黑洞做高速旋轉(zhuǎn)，并快速向黑洞靠近。
重點(diǎn)來(lái)了，物質(zhì)高速旋轉(zhuǎn)必然會(huì)產(chǎn)生熱量，在被加熱到數(shù)十億度的高溫時(shí)，所發(fā)出的強(qiáng)烈輻射便能被遠(yuǎn)在數(shù)千萬(wàn)光年外的地球捕捉到，從而進(jìn)一步獲得有關(guān)黑洞的剪影。
這樣一來(lái)，“拍攝”黑洞照片，便可以進(jìn)入實(shí)際可操作階段了。但其實(shí)，這并不容易，因?yàn)榈厍螂x黑洞實(shí)在是太，遠(yuǎn)，了（遠(yuǎn)點(diǎn)好，不然就被吸進(jìn)去了——）。
如何“看清”黑洞廬山真面目？
迄今為止，人類(lèi)對(duì)黑洞的探索都極為有限，其中了解相對(duì)較多便是銀河系中心的特大質(zhì)量黑洞人馬座A*，它距離地球2500萬(wàn)光年。而此次照片的主角，離我們更遠(yuǎn)，有5500萬(wàn)光年（究竟有多遠(yuǎn)自己想像吧），質(zhì)量為太陽(yáng)的65億倍。
別看它有這么大，因?yàn)榫嚯x過(guò)遠(yuǎn)，從地球上“看”過(guò)去，該黑洞幾不可見(jiàn)。類(lèi)比來(lái)看，看這一超級(jí)黑洞就仿佛在地球上看一枚掉落在月球表面的一顆紐扣一樣，想要“看清”它，需要一個(gè)口徑至少和地球直徑一樣大的望遠(yuǎn)鏡。顯然，靠單個(gè)望遠(yuǎn)鏡根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)黑洞的探測(cè)。但一個(gè)不行，我們可以用多個(gè)，通過(guò)組建虛擬望遠(yuǎn)鏡網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)它。
為了揭開(kāi)黑洞的廬山真面目，2014年12月，各國(guó)天文學(xué)家開(kāi)始奔赴阿塔卡瑪、智利、西班牙、夏威夷、北美、墨西哥，甚至是南極等地，分別安排建設(shè)事件視界望遠(yuǎn)鏡（EHT，專(zhuān)為獲得黑洞影像的實(shí)驗(yàn)計(jì)劃），以期組成一個(gè)巨大的虛擬望遠(yuǎn)鏡網(wǎng)絡(luò)，觀測(cè)幾千萬(wàn)光年之外的黑洞。
簡(jiǎn)而言之，天文學(xué)家在全球各地建設(shè)了攝電望遠(yuǎn)鏡，并通過(guò)連接它們形成了一個(gè)巨大網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)便仿佛是一個(gè)口徑足夠大的虛擬望遠(yuǎn)鏡，這樣便可以吸收到足夠的來(lái)自黑洞的輻射了，再通過(guò)數(shù)據(jù)集成模擬出黑洞事件視界的圖像。
但要做到這一點(diǎn)，必須保證所有攝電望遠(yuǎn)鏡在觀測(cè)時(shí)時(shí)間上是絕對(duì)同步的。為什么這么說(shuō)呢？
我們可以將ETH虛擬望遠(yuǎn)鏡想象成一個(gè)巨大的拋物面的鏡子，而黑洞事件界面?zhèn)鞯降厍虻妮椛錇槠叫泄?。?dāng)平行光進(jìn)入反射面時(shí)，只有在特定反射角度下，光同一時(shí)間抵達(dá)焦點(diǎn)才能夠獲取最清晰的圖像。而如果多個(gè)攝電望遠(yuǎn)鏡在時(shí)間上不夠絕對(duì)同步，就相當(dāng)于這面鏡子在不斷震動(dòng)，那么反射的光線就無(wú)法同時(shí)聚焦，所獲取的圖像必然不清晰甚至完全走形。
為此，EHT采用了原子鐘（一種計(jì)時(shí)裝置，精度可以達(dá)到每2000萬(wàn)年才誤差1秒）來(lái)確保數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性，在兩年前同步開(kāi)啟多個(gè)攝電望遠(yuǎn)鏡的數(shù)據(jù)采集工作。在為期5天的觀測(cè)中，ETH共收集到了超7000TB的數(shù)據(jù)，并通過(guò)硬盤(pán)運(yùn)送至美國(guó)海斯塔克天文臺(tái)及位于德國(guó)的馬克斯博朗克電波天文研究所，利用那里的超級(jí)計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)矯正、分析、合成。運(yùn)送之繁瑣、數(shù)據(jù)之多、工作之重可以想見(jiàn)，這也是為什么首張黑洞照片“沖洗”歷時(shí)兩年的主要原因。
首張黑洞照片的意義
毋庸置疑，此次發(fā)布的照片意義重大，天文學(xué)家可以基于此對(duì)事件視界這一極端環(huán)境進(jìn)行進(jìn)一步的了解，首次以最直接的方式驗(yàn)證愛(ài)因斯坦理論的正確性。
除此之外，由于黑洞在星際演變中的重要性，天文學(xué)家還可以根據(jù)圖像推演出星系中壯觀噴流是如何形成并影響星系演化的，甚至可能因此改變?nèi)祟?lèi)此前對(duì)黑洞、引力，乃至宇宙的認(rèn)知。而這些謎底，都將隨著ETH項(xiàng)目的不斷擴(kuò)大一步步被揭開(kāi)。
最后，小編想提一個(gè)不成熟的小建議：黑洞照片既然已經(jīng)亮相，電影界的朋友們是不是可以行動(dòng)起來(lái)了，尤其是諾蘭導(dǎo)演，《星際穿越2》是不是也可以提上議程了？
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