人类第一张黑洞照片面世，你知道是怎么拍出来的吗？

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北京时间10日晚9时许，包括中国在内，全球多地天文学家同步公布了黑洞“真容”。该黑洞位于室女座一个巨椭圆星系M87的中心，距离地球5500万光年，质量约为太阳的65亿倍。

它的核心区域存在一个阴影，周围环绕一个新月状光环。

爱因斯坦广义相对论被证明在极端条件下仍然成立。

本文授权自：美国投资客（ID：Vesta-wealth），作者：Lucy

昨天，2019年4月10日，是一个具有特殊意义的日子。

我们见证了人类历史上第一张黑洞的照片。许多科幻电影都向我们展示过黑洞的概念以及它超强的吞噬能力。而今天，我们终于能一睹真容，看清它的模样。在这张来自视界面望远镜的照片里，M87中心黑洞如同电影《指环王》中索伦的魔眼，在温暖而神秘的红色光环中间，是一片深黑的无底之洞。

人类宇宙“老友”的第一张“证件照”

此次黑洞照片由EHT（事件视界望远镜）项目和中国科学院共同发布，这是200多位国际天文学家门共同协作完成的一个重大成就，也是一个令全球瞩目的重大科学成果。

比利时布鲁塞尔、智利圣地亚哥、中国上海和台北、日本东京和美国华盛顿六地以英语、西班牙语、汉语和日语四种语言进行了同步直播。

北京时间10日晚9时，人类首张黑洞照片上海发布会在中国科学院上海天文台举行。天文学家介绍说，EHT是一个通过国际合作而实现的、由8个地面射电望远镜组成的观测阵列，通过形成一个口径如地球大小的“虚拟”望远镜来捕捉黑洞的图像，其所达到的灵敏度和分辨本领都前所未有。

因为在此之前，黑洞的模样一直都只停留在人们的猜想和推测中，虽然科学家们曾经描绘过许多关于黑洞的想象图，但没人见过真正的黑洞长什么样。

今年2月，法国梅东的巴黎天文台的 Jean-Pierre Lumine，发布了一份黑洞成像历史,为人们展示了各种黑洞的模拟图[1]。

1979年，巴黎天文台的Jean-Pierre Lumine手绘黑洞图像。图片来源：Science| J.-P. LUMINET

利用计算机模拟出的一个非旋转黑洞及其吸积盘不同角度样貌的图像。图片来源：Science| J. A. MARCK/J.-P. LUMINET

电影《星际穿越》中的黑洞。图片来源：Science| AF ARCHIVE/ALAMY STOCK PHOTO

人们对黑洞形象的猜想大多与种模拟图及科幻片中的一致：它是一个能够吞噬其他物质和光芒的，黑暗而深邃的“无底洞”。

如今，拍摄到黑洞照片意味着人类终于能直接确认黑洞的存在。虽然在此之前，我们通过各种各样的方法对黑洞的猜想有了证明，但这一次终于实锤证实了黑洞确实存在。

同时，爱因斯坦百年之前提出的广义相对论得到了首次试验验证。

1915年，爱因斯坦发表了广义相对论，其中就提出一个观点：一个星球的引力实际上决定了它周围时空的结构。比方说，有个质量非常大的星球，它周围的时空是扭曲了的。

这里还要引出重要的概念，就是什么叫直？物理上最短就是直，光在时空中始终走最短的路径。因此，爱因斯坦就提出了一个大胆想法，如果当某个星球的吸引力特别特别强，光从它旁边过的时候是弯曲的，光线经过太阳旁边可能就是弯曲的，当然这在我们看来是弯的。对于光来说，它走的路径就是直的。

爱因斯坦广义相对论的主体是引力场方程，即时空的结构同时空中质量—动量密度之间的关系。此次直接拍摄到黑洞的照片正是直接验证了广义相对论的主体。

此外，作为多年国际合作的成果，EHT为科学家们提供了研究宇宙中最极端天体的新手段。

长久以来，无论是从想象还是科学的角度，人们从未停止对黑洞的探索。

事实上，黑洞是一种被极度压缩的宇宙天体，在一个很小的区域内包含着令人难以置信的质量。比如当一颗星的质量足够大时，它自身的引力能够引起塌缩，塌缩后其密度更大。塌缩可以是分阶段的。当最后其密度超过某个临界值时，周围的时空结构不允许光的逃逸，这里将成为黑洞。黑洞会吞噬临近区域的任何物质。

科幻电影《星际迷航》对黑洞的猜想

在此过程中，气体的引力能转化成热能，因此气体温度变得很高，会发出强烈辐射。EHT科学委员会主席、来自荷兰奈梅亨大学的海诺·法尔克(Heino  Falcke)解释称，“如此一来，黑洞就像沉浸在一片类似发光气体的明亮区域内，我们预期黑洞会形成一个类似阴影的黑暗区域。这正是爱因斯坦广义相对论所预言的，可我们以前从未见过。”

早在2006年，天文学家已经开始了对超大质量黑洞的拍摄。

超大质量黑洞虽然质量很大，但是尺寸很小(对于银河系中心的超大质量黑洞，质量是4百万倍太阳质量；半径只有太阳的17倍)，离我们地球很远，拍照的难度很大(相当于从中国看清楚位于美国的一颗瓜子)，因此只有组建口径为地球大小的望远镜才能看清楚。

到了2012年，天文学家在美国亚利桑那州举行了首次国际会议，协调全球各地的大型天文望远镜，对M87星系进行观测，捕捉黑洞周围气体发出的电磁信号——这个项目被称为“事件视界望远镜”（EHT）。

事界望远镜地理位置简图。图片来源：sciencemag

天文学家们利用“甚长基线干涉技术”(VLBI)，通过协调全球8个射电天文台的望远镜，甚至位于南极的望远镜SPT也加入进来，构建了一个口径等同于地球直径的——“虚拟”望远镜，接收来自超大质量黑洞周围的波长为毫米的光子，积累了海里的数据(数个PB；一个PB是1000TB，一百万GB)。

SPT南极望远镜。图片来源：科学世界

目前，EHT大约由全球12个国家的30所大学和科研机构组成，中国的中科院上海天文台也是该项目的合作单位。

通过对来自这8台望远镜数据的合并和详细分析，并与计算机模拟结果进行比对等复杂“照片冲洗”过程，天文学家最终得到了黑洞的图像。

就在今天，事件视界望远镜（EHT）终于将这一伟大成果，展示给了公众！感谢各位辛勤付出的科学家们！

作为人类历史上首批看到黑洞真正面貌的人，我们也感到无比骄傲！

无论仰望星空，还是低头走着自己的路，当我们用尽全力凝望着同一方向，如同黑洞这样曾经写满了问号的未知，终将一个接一个被探索的光芒照亮。

最后，当你凝视深渊的时候，深渊也在凝视你...