黑洞，終于見到你

北京時(shí)間2019年4月10日21點(diǎn)整，比利時(shí)布魯塞爾、智利圣地亞哥、中國上海和臺(tái)北、日本東京、美國華盛頓等全球六地同步召開了全球新聞發(fā)布會(huì)，發(fā)布了“事件視界望遠(yuǎn)鏡”的第一項(xiàng)重大成果，人類歷史上首張黑洞的實(shí)拍照片。

我們知道，任何拍攝的設(shè)備都需要光線或電磁波照射物體后反射回設(shè)備再成像。而黑洞能把光線和電磁波都吸收進(jìn)去，不會(huì)有任何光線和電磁波反射回來。人類連找到黑洞都十分困難，更別說拍攝了。那么，科學(xué)家又是如何做到的呢？

找到黑洞的關(guān)鍵在于找它們的“周邊”——“吸積盤”和“噴流”。黑洞強(qiáng)大的引力會(huì)將附近的物質(zhì)拉到自己身邊，這些物質(zhì)會(huì)繞著黑洞旋轉(zhuǎn)，最終落入其中，這個(gè)過程被稱為“吸積”，物質(zhì)在繞行時(shí)形成的盤狀結(jié)構(gòu)則被稱為“吸積盤”。當(dāng)吸積氣體過多時(shí)，一部分氣體在掉入黑洞視界面之前，在磁場作用下就被沿著轉(zhuǎn)動(dòng)的方向拋射出去，形成噴流?！拔e盤”和“噴流”現(xiàn)象會(huì)因?yàn)楦咚龠\(yùn)動(dòng)被加熱到數(shù)十億攝氏度的高溫，還會(huì)發(fā)出強(qiáng)烈的輻射，而這些現(xiàn)象很容易被地球上的科學(xué)家通過望遠(yuǎn)鏡探測到，所以黑洞也就有跡可循了。

那怎么給黑洞拍照呢？“事件視界望遠(yuǎn)鏡”就是這樣一個(gè)專為獲取黑洞影像的實(shí)驗(yàn)計(jì)劃。該項(xiàng)目的主要觀測目標(biāo)有兩個(gè)：一個(gè)是銀河系中央的特大質(zhì)量黑洞人馬座A，另一個(gè)是室女座A星系中心的黑洞。之所以選定這兩個(gè)黑洞作為觀測目標(biāo)，是因?yàn)樗鼈兊囊暯缑嬖诘厍蛏峡雌饋碜畲?，其他黑洞因?yàn)榫嚯x地球更遠(yuǎn)或質(zhì)量大小有限，觀測難度更大。

要想為黑洞成像，需要口徑像地球一樣大的望遠(yuǎn)鏡，這是地球上任何單個(gè)望遠(yuǎn)鏡都達(dá)不到的。在過去十多年里，“事件視界望遠(yuǎn)鏡”的科學(xué)家利用全球各地的8個(gè)射電望遠(yuǎn)鏡組成網(wǎng)絡(luò)，通過干涉測量法，同時(shí)對(duì)黑洞展開觀測。每個(gè)射電望遠(yuǎn)鏡都會(huì)收集并記錄來自于黑洞附近的電磁波信號(hào)，然后將這些數(shù)據(jù)集成，并計(jì)算出“事件視界的圖像”。為了增加空間分辨率，看清更為細(xì)小的區(qū)域，這些射電望遠(yuǎn)鏡陣列里還包括位于智利和南極的射電望遠(yuǎn)鏡。

拍攝黑洞的“武器”有了，接下來就是等待抓拍的時(shí)機(jī)。要保證8個(gè)射電望遠(yuǎn)鏡同時(shí)看到這兩個(gè)黑洞，留給科學(xué)家的觀測窗口期非常短暫，每年只有大約10天。這其中，智利的ALMA望遠(yuǎn)鏡因?yàn)殪`敏度最高，所以肩負(fù)著一系列的觀測計(jì)劃，檔期非常滿。此次，對(duì)黑洞視界面的觀測，ALMA望遠(yuǎn)鏡只能空出四天時(shí)間，其中，兩個(gè)晚上觀測銀河系中心特大質(zhì)量黑洞人馬座A，剩下的時(shí)間留給室女座A星系中心的黑洞。

給黑洞拍張照片不容易，“洗照片”更是耗時(shí)漫長。此次“事件視界望遠(yuǎn)鏡”觀測所涉及的站點(diǎn)區(qū)域跨越了南北半球，所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量也十分龐大。在2017年觀測的那5天里，每座射電望遠(yuǎn)鏡都會(huì)搜集超過500TB的數(shù)據(jù)，整個(gè)陣列產(chǎn)生的數(shù)據(jù)約7000TB，這些龐大的信息量不可能依靠網(wǎng)絡(luò)傳遞，只能使用硬盤記錄數(shù)據(jù)。在觀測結(jié)束后，各個(gè)站點(diǎn)就會(huì)把這些數(shù)據(jù)硬盤通過郵寄的方式集中運(yùn)送到兩個(gè)數(shù)據(jù)中心——位于美國麻省的海斯塔克天文臺(tái)和德國波恩的馬克斯普朗克天文研究所。在那里，大型計(jì)算機(jī)集群將會(huì)對(duì)所有的數(shù)據(jù)進(jìn)行合并與分析，這些經(jīng)過校準(zhǔn)的資料，將被集成用來制作分辨率極佳的影像。

你可能還記得其中有一個(gè)射電望遠(yuǎn)鏡位于南極。那里的極端氣候造成每年2月到10月沒有航班飛往，因此，硬盤直到2017年10月才被運(yùn)出，輾轉(zhuǎn)一個(gè)月后才能到達(dá)目的地。此后，科學(xué)家又花費(fèi)了一年時(shí)間等待超級(jí)電腦對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行合并、分析。

終于，我們等到了黑洞的第一張照片，何其有幸。