【新智元導讀】哈佛學生寫的Python模塊，用於模擬和操作VLBI數據並使用正則化最大似然法生成圖像，模擬黑洞成像的演算法。進入Github飆升榜TOP 3，超過1000星。

為了拍到本次的黑洞照片，科學家總共使用了8台亞毫米射電望遠鏡，構建成超級「虛擬」望遠鏡——事件視界望遠鏡（EHT），分別在南極、智利、墨西哥、美國夏威夷、美國亞利桑那州、西班牙同時對黑洞展開觀測。

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8台望遠鏡組成的EHT口徑13000公里，約等於地球直徑。而EHT能夠實現，則要歸功於甚長基線干涉測量VLBI（Very-long-baseline interferometry）。

VLBI是什麼

VLBI是一種在電波天文學中使用的天文干涉測量方法。簡單來說就是使用多個天文望遠鏡，同時觀測一個天然的射電天體或有無線電信標的人造天體，從而得以模擬出一個巨形望遠鏡獲得的觀測效果。

接下來，各觀測站將觀測數據實時傳送或記錄在磁碟上運送到VLBI數據處理中心，然後進行數據回放和互相關計算；再利用得到的互相關譜數據，計算得到信號到達各觀測站的時間差(時延觀測值)及其變化率(時延率觀測值)；最後利用這些VLBI觀測值計算目標的角位置(赤經和赤緯)。

VLBI的測量精度可以達到百分之幾角秒、千分之幾角秒甚至更高。對於人造天體，如人造地球衛星、繞月衛星和深空探測器等的VLBI測軌，則利用VLBI觀測值，綜合測距、測速數據，進行精確的軌道測定。

VLBI在天體物理方面主要應用於類星體、射電星系核、星際脈澤源等緻密射電源毫角秒級的精細結構研究和精確定位等。在天體和大地測量中，它在建立天球參考系、測定地球自轉全部參數和地面參考系的基準點等方面具有不可取代的作用。

我國在VLBI領域有哪些成果

根據中科院報道，以我國學者為首，在國際合作中用VLBI測量銀河系中心黑洞的邊界和銀河系精細結構的工作，近年來取得重大進展，贏得國際同行矚目；在天球和地面參考系建立方面，上海和烏魯木齊VLBI站多年以來是亞洲大陸的基準站之一。

中科院VLBI天文測量系統由上海(25米天線)、北京(50米天線)、昆明(40米天線)、烏魯木齊(25米天線)四個VLBI觀測站和上海VLBI數據處理中心組成。

中科院上海天文台自上世紀90年代起，也開始了VLBI應用於深空探測的研究，參加了多次國際合作的深空探測，如歐空局的惠更斯探測器與卡西尼宇宙飛船分離後飛向土衛六過程的VLBI測量。

用Python模擬和操作VLBI數據

聽起來好像里我們非常遙遠。不過，感謝Github，我們普通人也有機會接觸VLBI。

哈佛大學物理系EHT理論和計算天體物理學研究生、博士生候選人Andrew Chael，在Github上創建了ehtim (eht-imaging)項目。

Andrew目前在Black Hole Initiative工作，主要研究領域是使用新的尖端方法來模擬和成像EHT的黑洞目標人馬座A*(Sgr A*，後面的星號讀作「star」或「星」）和室女A星系（也稱為梅西爾87、M87或NGC 4486）。

ehtim主要通過一些Python模塊來模擬和操作VLBI數據，並使用正則化最大似然法生成圖像。包含幾個用於載入、模擬和操作VLBI數據的主類。

主要的類有Image、Array、Obsdata、Imager和Caltable，提供了載入圖像和數據的工具，並從真實的uv軌道生成模擬數據、校準、檢查和繪製數據，以及從各種數據集生成圖像，使用各種數據術語和正則化器進行極化。

安裝過程非常簡單，首先clone該項目

git clone https://github.com/achael/eht-imaging.git

然後進入項目根目錄，運行

pip install .

此時應該會自動安裝大多數所需的庫，例如astropy，ephem，future，h5py，html，networkx，numpy，pandas，matplotlib，requests，scipy，skimage。

如需使用快速傅里葉變換，必須單獨安裝NFFT及其pynnft包裝器。最簡單的方法是使用conda來安裝：

conda install -c conda-forge pynfft

或者，首先按照NFFT說明安裝NFFT，**這裡一定要確保在編譯時使用**：

--enable-openmp

然後再用pip安裝pynfft，按照README的教程將安裝鏈接到NFFT的位置；最後，重新安裝ehtim。pynfft的安裝地址：

GitHub - pyNFFT/pyNFFT: A pythonic wrapper around the NFFT library

注意事項

用於讀寫.oifits文件的oifits_new代碼是Paul Boley的軟體包的略微修改版本，該功能目前仍在開發中，可能無法與所有版本的python或astropy一起使用。

oifits項目地址：

Index of /pages/~pboley/oifits

同時這個項目版本較舊，如有任何問題請郵件聯繫：

achael@cfa.harvard.edu

參考鏈接：

科學時報：VLBI——深空探測的重要手段----中國科學院

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