本文来自：我是科学家iScientist（ID：IamaScientist），采访、编纂：Yuki，笔墨整顿、排版：小爽

北京时候 2019 年 4 月 10 日晚上21点 ，人类汗青上的首张黑洞“靓照”在环球刷屏。

华美表态的M87星系黑洞。图片泉源：EHT

这张来之不易的照片，是由环球浩瀚研讨团队配合协作，耗时两年，从世界各地千里镜取得的海量数据中“冲刷”出来的。这项意义特殊的研讨成果一经宣布，就马上在世界范围引起了惊动。

那末，这张黑洞照片和理论中的有何差别？为何M87星系中的黑洞会最早被照相？这张照片又有哪些重要意义……缭绕这些题目，我们采访了领域内的几位科学家，请他们聊了聊自身的意见。

本期科学家：

苟利军，中国科学院国度天文台研讨员，中国科学院大学传授

王爽，中山大学物理与天文学院副传授，博士生导师；科普作家，新浪微博着名科学科普博主，科学松鼠会成员

张帆，北京师范大学天文系副传授，美国西弗吉尼亚大学兼职助理传授

易疏序，奈梅亨大学博士后，研讨偏向为引力波天文学、致密天体

孙正凡，天体物理学博士，科普作家、第六版《十万个为何》编纂、科学松鼠会会员

01 方才宣布的黑洞照片和您设想的有何区分？是不是和理论预期的一样？

王爽：有点出人意料。原以为人马座A*和M87*的照片会同时放出，而第1张是人马座A*。照片自身却是和理论预言相符得很好。

孙正凡：方才宣布的黑洞照片跟之前的预期照样有差别的，它只放出了M87的照片，另一个黑洞的照片还在处置惩罚中。别的，我们如今看到的黑洞照片，比之前基普·索恩在《星际穿越》中描写得越发细致。这说明，实际的观察比理论的预言带给人们更多的欣喜，让人们越发相识黑洞。

张帆：M87中黑洞的这个图象肉眼看上去和广义相对论的预期险些是一样的，暗影近似圆形；引力透镜致使黑洞后头的吸积盘也可见；围绕黑洞活动的物资中向着我们地球偏向活动的那局部所发射的旌旗灯号和离我们远去的物资发射的旌旗灯号遭遇的多普勒效应相反，以是图象不对称。

黑洞模拟图。图片泉源：astronomy|Avery Broderick, Avi Loeb

02 为何起首遴选人马座A*和M87星系黑洞作为照相工具？

苟利军：人马座A*是在我们看来是最大的一个黑洞，别的一个相对对照大的就是M87星系的傍边的黑洞。这就相称于我们把已有黑洞的大型的黑洞看了一遍，发现这两个黑洞是个中最大的，于是就对它们举行了照相。

M87是室女座星系团成员之一，M87位在此星系团左下方。图片泉源：ESO

孙正凡：现在只能遴选超大质量黑洞作为照相工具。虽然银河系里有许多恒星级的黑洞，然则它们太小了，现阶段着实不适协作为观察目的。荣幸的是，在险些一切星系的中间都有超大质量黑洞，它们适协作为照相工具。

王爽：对宇宙中一切的黑洞而言，人马座A*和M87*的视张角是最大的。换言之，这是两个从地球上看最大的黑洞。以是EHT会遴选观察它们。

人马座A*。图片泉源：EuropeanSouthern Observatory

易疏序：要遴选一个“看起来尽量大的”目的作为照相工具。我们都晓得“近大远小”，因而我们须要在“黑洞自身的巨细”和“离我们的间隔”这两点间找到均衡。选来选去，银河系中间的超大质量黑洞人马座A*和左近一个星系M87中间的超大质量黑洞是最理想的。因为它们异常大，并且离得不算太远。

03 如作甚黑洞“照相”？最大的难题是什么？

张帆：黑洞自身不发光，我们只能看到别的器械掉到黑洞事宜视界内里之前发出来的旌旗灯号，以是黑洞在照片内里显现的外形是个影子，我们必需把黑洞的邻近状况看得异常清晰这个影子才能凸显出来（不要遗忘宇宙配景自身也是黑的）。

然则黑洞着实巨细异常有限，一个和太阳质量相称的黑洞的半径只要三千米。并且（荣幸的）我们左近也没有已知黑洞，以是没办法，只能看较远处所的一个很小的器械。这就须要极高的角分辨率，把一点点角度尺度上的转变都看清晰。这就是为何须要环球多个射电千里镜（射电旌旗灯号不容易被夹在我们和星系中间间的灰尘遮挡）构成一个过问阵列。

到场黑洞观察设计的列国天文千里镜。图片泉源：EHT

黑洞左近物资所发射出来的旌旗灯号在抵达世界上分歧千里镜的时候上稍有分歧，而这类耽误的巨细与旌旗灯号偏向和衔接千里镜间直线的夹角相干，经由历程过问的体式格局这个耽误可以或许被放大成能读取的旌旗灯号，进而我们可以或许异常准确地得知旌旗灯号源的偏向，取得须要的角分辨率。耽误的巨细固然还和千里镜间的间隔成正比，以是千里镜间离得越远越好（然则得在统一个半球，能同时观察统一片天空）。

王爽：黑洞自身不发光。以是要想为黑洞照相，得拍黑洞吸积盘发出的光。难点就在于黑洞的视张角着实太小。就连视张角最大的这两个黑洞，都只要戋戋几十微角秒，相称于从地球表面看一个月球上的乒乓球。

易疏序：“难度在于黑洞太小，太远了。只管你可以或许恣意放大一张照片，但若是你要拍摄的物体的像比一个像素还要小，那末无论怎样放大照片都是没有意义的。以是要拍清晰黑洞就请求亘古未有的异常高的分辨率。

因为量子力学的测禁绝道理，任何照片都有一个极限分辨率。相机的口径越大，能到达的分辨率越高。同时观察的电磁波波长越短，能到达的分辨率也越高。

基于上述缘由，人们愿望把千里镜越建越大。但因为手艺和资金的限定，单座千里镜的巨细受到限定。科学家们发清楚明了一种手艺，经由历程对照间隔很远的几台千里镜纪录的电磁波相位的差别，来反推天体的图象（也就是基线过问手艺）。经由历程这个手艺，多少台相距几千米的千里镜可以或许联分解一个阵列，相称于一架口径几千米的千里镜的分辨率。

为了对照遍地电磁波的相位差别，这些千里镜须要异常准确地同步他们的时钟。观察波长越短的电磁波（频次越高）对时钟同步的精度请求也就越高。因而此次的EHT拍摄的图片不是在可见光波段，而是在波长更长的射电波段。固然，观众们在媒体上看到的图片是转换成可见光的图片。为了连结千里镜阵列的相干性，每台千里镜的外形都要准确到微米级别，这对工程手艺也提出了不小的应战。

04 “瞥见”黑洞具有怎样的科学意义？

王爽：起首，供应了黑洞存在的直接证据。其次，供应了一个很好的实验室，来磨练广义相对论和种种修正引力理论。再次，让人们能更好的明白超大质量黑洞的吸积和喷流。

张帆：“瞥见”黑洞可以或许直接证明黑洞的存在，并磨练它是不是相符广义相对论的预期。相对论在弱引力前提（如太阳系内的状况）下被异常准确的考证了，而之前引力波在强场状况中又磨练了一下，以是我着实不期待有这方面的惊异。但可以或许以这类精度观察黑洞周边是异常有意义的，因为超大质量黑洞左近应该是很活泼的天文状况，可以或许用来进修研讨许多庞杂的天体物理历程。

易疏序：现代意义上的黑洞已被预言了一百年了。天文学家发清楚明了许多，很确实的黑洞存在的证据。比如黑洞吞噬恒星时发出的光，黑洞碰撞时发出的引力波。但这些都是“间接证据”。只管主流天文学家都置信黑洞一定存在，但依照人人普遍存在的心思：“无图无原形”，“眼见为实”。真的看到黑洞中心地区，事宜视界的剪影，无疑是最直接的黑洞存在的证据。这就比如人类几千年前就经由历程种种证据晓得地球是圆的，然则用人造卫星给地球拍一张照片照样最直接的。

除证明黑洞存在之外，人们还可以或许依据黑洞四周发光气体外形，推测出黑洞四周时空的蜿蜒状况。这有助于人们相识引力理论，比如广义相对论是不是在云云强引力的处所还依旧准确？就像人们说的“证明了爱因斯坦是对的，是一个诺贝尔奖；发现爱因斯坦是错的，是另一个诺贝尔奖”。

别的，黑洞的照片另有助于我们相识星系中间黑洞的质量、自旋、吸积率、四周状况和磁场，生长汗青和喷流是怎样发生的等等天体物理题目。

超大质量黑洞及其方圆吸积盘。图片泉源：Wikimedia Commons

05 将来我们是不是有望拍到更多、更高清的黑洞“靓照”？

易疏序：将来这两个黑洞的照片愈来愈清晰是一定的。更多的千里镜到场过问阵列，和更先进的手艺都邑让分辨率和灵敏度进一步进步。至于不远的将来，可否能有更多黑洞的靓照（M87和人马座A*之外），这个须要千里镜分辨率的大幅提拔。能够须要用到本日还没有发现出来的手艺。

张帆：要拍摄更清晰的“靓照”须要互相间隔更远的千里镜，EHT 内里如今已基本上到达地球直径了，要到达更远间隔可以或许用上海天文台叶叔华院士发起的太空射电千里镜，或许痛快在月球后头造一个。固然，数据传输、剖析等等方面才能的加强和在更高一点的频次上举行观察也会有很大资助。

苟利军：我以为有能够照样先范围在这两个黑洞。然则跟着更多千里镜的到场和灵敏度的进一步进步，我们能够会取得更多的细节。以是将来再观察一样的黑洞时，应该会拍到更加清晰的照片。

*文章为作者自力看法，不代表虎嗅网态度

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