人類第一張黑洞照片面世，你知道是怎麼拍出來的嗎？

最新 04-11

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北京時間10日晚9時許，包括中國在內，全球多地天文學家同步公布了黑洞「真容」。該黑洞位於室女座一個巨橢圓星系M87的中心，距離地球5500萬光年，質量約為太陽的65億倍。

它的核心區域存在一個陰影，周圍環繞一個新月狀光環。

愛因斯坦廣義相對論被證明在極端條件下仍然成立。

本文授權自：美國投資客（ID：Vesta-wealth），作者：Lucy

昨天，2019年4月10日，是一個具有特殊意義的日子。

我們見證了人類歷史上第一張黑洞的照片。許多科幻電影都向我們展示過黑洞的概念以及它超強的吞噬能力。而今天，我們終於能一睹真容，看清它的模樣。在這張來自視界面望遠鏡的照片里，M87中心黑洞如同電影《指環王》中索倫的魔眼，在溫暖而神秘的紅色光環中間，是一片深黑的無底之洞。

人類宇宙「老友」的第一張「證件照」

此次黑洞照片由EHT（事件視界望遠鏡）項目和中國科學院共同發布，這是200多位國際天文學家門共同協作完成的一個重大成就，也是一個令全球矚目的重大科學成果。

比利時布魯塞爾、智利聖地亞哥、中國上海和台北、日本東京和美國華盛頓六地以英語、西班牙語、漢語和日語四種語言進行了同步直播。

北京時間10日晚9時，人類首張黑洞照片上海發布會在中國科學院上海天文台舉行。天文學家介紹說，EHT是一個通過國際合作而實現的、由8個地面射電望遠鏡組成的觀測陣列，通過形成一個口徑如地球大小的「虛擬」望遠鏡來捕捉黑洞的圖像，其所達到的靈敏度和分辨本領都前所未有。

黑洞照片何以轟動全球？

因為在此之前，黑洞的模樣一直都只停留在人們的猜想和推測中，雖然科學家們曾經描繪過許多關於黑洞的想像圖，但沒人見過真正的黑洞長什麼樣。

今年2月，法國梅東的巴黎天文台的 Jean-Pierre Lumine，發布了一份黑洞成像歷史,為人們展示了各種黑洞的模擬圖[1]。

1979年，巴黎天文台的Jean-Pierre Lumine手繪黑洞圖像。圖片來源：Science| J.-P. LUMINET

利用計算機模擬出的一個非旋轉黑洞及其吸積盤不同角度樣貌的圖像。圖片來源：Science| J. A. MARCK/J.-P. LUMINET

電影《星際穿越》中的黑洞。圖片來源：Science| AF ARCHIVE/ALAMY STOCK PHOTO

人們對黑洞形象的猜想大多與種模擬圖及科幻片中的一致：它是一個能夠吞噬其他物質和光芒的，黑暗而深邃的「無底洞」。

如今，拍攝到黑洞照片意味著人類終於能直接確認黑洞的存在。雖然在此之前，我們通過各種各樣的方法對黑洞的猜想有了證明，但這一次終於實錘證實了黑洞確實存在。

同時，愛因斯坦百年之前提出的廣義相對論得到了首次試驗驗證。

1915年，愛因斯坦發表了廣義相對論，其中就提出一個觀點：一個星球的引力實際上決定了它周圍時空的結構。比方說，有個質量非常大的星球，它周圍的時空是扭曲了的。

這裡還要引出重要的概念，就是什麼叫直？物理上最短就是直，光在時空中始終走最短的路徑。因此，愛因斯坦就提出了一個大膽想法，如果當某個星球的吸引力特別特彆強，光從它旁邊過的時候是彎曲的，光線經過太陽旁邊可能就是彎曲的，當然這在我們看來是彎的。對於光來說，它走的路徑就是直的。

愛因斯坦廣義相對論的主體是引力場方程，即時空的結構同時空中質量—動量密度之間的關係。此次直接拍攝到黑洞的照片正是直接驗證了廣義相對論的主體。

此外，作為多年國際合作的成果，EHT為科學家們提供了研究宇宙中最極端天體的新手段。

黑洞到底是什麼？

長久以來，無論是從想像還是科學的角度，人們從未停止對黑洞的探索。

事實上，黑洞是一種被極度壓縮的宇宙天體，在一個很小的區域內包含著令人難以置信的質量。比如當一顆星的質量足夠大時，它自身的引力能夠引起塌縮，塌縮後其密度更大。塌縮可以是分階段的。當最後其密度超過某個臨界值時，周圍的時空結構不允許光的逃逸，這裡將成為黑洞。黑洞會吞噬臨近區域的任何物質。

科幻電影《星際迷航》對黑洞的猜想

在此過程中，氣體的引力能轉化成熱能，因此氣體溫度變得很高，會發出強烈輻射。EHT科學委員會主席、來自荷蘭奈梅亨大學的海諾·法爾克(Heino Falcke)解釋稱，「如此一來，黑洞就像沉浸在一片類似發光氣體的明亮區域內，我們預期黑洞會形成一個類似陰影的黑暗區域。這正是愛因斯坦廣義相對論所預言的，可我們以前從未見過。」

黑洞是如何拍到的？

早在2006年，天文學家已經開始了對超大質量黑洞的拍攝。

超大質量黑洞雖然質量很大，但是尺寸很小(對於銀河系中心的超大質量黑洞，質量是4百萬倍太陽質量；半徑只有太陽的17倍)，離我們地球很遠，拍照的難度很大(相當於從中國看清楚位於美國的一顆瓜子)，因此只有組建口徑為地球大小的望遠鏡才能看清楚。

到了2012年，天文學家在美國亞利桑那州舉行了首次國際會議，協調全球各地的大型天文望遠鏡，對M87星系進行觀測，捕捉黑洞周圍氣體發出的電磁信號——這個項目被稱為「事件視界望遠鏡」（EHT）。