科學家給黑洞拍照，它長得像《星際穿越》中那樣嗎

黑洞的真實面貌也許在幾個月後就能被人們看到。自4月5日開始，經過幾個晚上的觀察後，天文學家終於捕捉到了黑洞的第一幅「照片」。

只是現在的「照片」還是一組組觀測數據，需要再經過一段時間的數據處理。

中國天體物理學家苟利軍教授介紹，天文學家們期待「被洗出的」照片是圍繞黑洞的一個被稱為「視界面」（event horizon）的神秘區域。黑洞的幾乎所有質量都集中在最中心的「奇點」處，「奇點」在其周圍形成一個強大的引力場，在一定範圍之內，連光線都無法逃脫。「視界面」是光線不能逃脫的臨界半徑。

獲得這樣一幅照片是國際合作夥伴之間多年計劃與合作的結果。八個觀測站通過電子聯網，從夏威夷最高的山脈一直延伸到南極的冰冷地帶，建立起一個有效口徑尺寸達到地球直徑大小的虛擬望遠鏡網路，「視界面望遠鏡」（Event Horizon Telescope， EHT）。

電影《星際穿越》當中的黑洞，周圍的亮環是由氣體構成的吸積盤

此次望遠鏡瞄準的是兩個超大質量的黑洞，一是銀河系中心黑洞Sgr A*，它的質量大約相當於400萬個太陽；二是位於星系M87中的黑洞，其質量達到了60億個太陽質量。

「視界面望遠鏡」之前已經探測過這些巨獸的鄰里，但這是望遠鏡網路首次將南極望遠鏡（South Pole Telescope）以及位於智利的阿塔卡馬大型毫米波陣（Atacama Large Millimeter Array，ALMA）納入觀測網路。阿塔卡馬大型毫米波陣將「視界面望遠鏡」的敏銳度提升了10倍，能夠看到月球上的一個高爾夫球。

由於要保證8個望遠鏡都能看到兩個黑洞，從而達到最高的靈敏度和最大的空間解析度，留給科學家們的觀測窗口期非常短暫，每年大約只有10天時間。對於2017年來說，是在4月5日到4月14日之間。4月4日，「視界面望遠鏡」將視線投向了太空。

位於智利的阿塔卡馬大型毫米波陣（ALMA）望遠鏡

因為波長帶可以穿透星系中心的氣體和灰塵，並相對暢通無阻地到達地球，所以天文學家選擇通過毫米無線電波為黑洞拍照。但是水會吸收並釋放無線電波，這意味著降水會混淆觀測。

為了最大限度地杜絕這個問題，射電望遠鏡一般放置在山頂或沙漠高原這樣的高海拔地區，但云、雨或雪仍然會使天文台掉線。在這些高海拔地區，暴風也會對望遠鏡造成影響。團隊成員文森特·費什（Vincent Fish）表示，「每一個觀測點好天氣的概念幾乎為零。」

在觀察窗口期的五個夜晚，費什和他的同事們每天都要根據每個站點當前的天氣狀況信息，以及在未來幾天氣象會如何變化，來決定是否啟動網路。哈佛大學史密森天體物理中心，「視界面望遠鏡」觀測的主任舍普·多爾曼（Shep Doeleman）說，「如果你在夜間熄火，而壞天氣結束，這多麼令人心碎。」

最後的觀測結束於美國東部時間上午11:22，費什興奮地坐在位於馬薩諸塞州麻省理工學院Haystack天文台的辦公室內。在過去的一周里，費什全天候地等待數據到達項目觀測站。隨著最後一份數據的到達，慶祝之音源源不斷湧入天文學家和工程師的專門聊天線。費什聽著波西米亞狂想曲，打算開一瓶50年的蘇格蘭威士忌以慶祝捕捉到的第一幅黑洞圖像。費什說，「我非常高興，期待著睡個好覺。」

望遠鏡在全球分布示意圖，紅點代表望遠鏡所在地

每個天文台由於數據眾多，無法以電子方式傳輸。所有望遠鏡的信息已記錄在1024個硬碟上，這相當於一萬台筆記本電腦的存儲容量。驅動器必須郵寄到美國麻省理工學院的Haystack天文台以及位於德國波恩的馬普射電天文所。所以，儘管觀測已經結束，如此多的數據還需要時間來處理，「視界面望遠鏡」團隊必須等待幾個月才能確定他們的努力是否真的取得成功。

荷蘭拉德伯德大學的天文學家海諾·法爾克（Heino Falcke）表示，「即使第一幅圖像很差勁，我們還是可以藉此檢驗愛因斯坦的廣義相對論。」愛因斯坦於1915年構建完畢這個革命性的新理論，引力被描述為時空的一種幾何屬性。而巨型黑洞的存在則是愛因斯坦理論的第一個預測之一。」法爾克認為，「它是空間和時間的終結點，可能代表著我們認知的最終限制。」然而，對於黑洞，天文學家只有間接證據表明它們隱藏在宇宙中每個大星系的核心位置。即使是愛因斯坦也不確定它們實際上是否存在。根據法爾克的說法，第一幅圖像「將使黑洞從一個神秘物體轉變成為可以被研究的具體的東西」。

即使他們不能從此次觀測中得到一個黑洞圖像，多爾曼和他的同事們已經計劃明年啟用更大的射電望遠鏡網路再試一次。法爾克表示，「在接下來的十到五十年中，隨著我們將虛擬望遠鏡網路擴展到非洲，最終進入太空，我們應該可以得到黑洞的清晰圖像。」（文/徐明徽 ）

轉自澎湃新聞：http://www.thepaper.cn/

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