汪詰 科學有故事 今天
一說起黑洞，在你的腦子中首先會浮起的是什麼形象呢？我估計大多數人跟我一樣，會有一個逐漸演變的過程。最早的時候，我腦子中的黑洞形象是這樣的：
後來，電影《星際穿越》2014年上映後，我腦子中的黑洞形象更新成了這樣：
那麼，從今天開始，我腦子中的黑洞形象再度更新，是下面這樣了：
這就是 EHT 項目剛剛公佈的真實黑洞照片。這場發佈會是北京時間 2019 年 4 月 10 日晚上 9 點正式開始的，引起發了全球幾乎所有大媒體的高度關注。
那這張照片到底是怎麼被照出來的呢，我們來了解一下 EHT 的背景。EHT的全稱是“事件視界望遠鏡（Event Horizon Telescope，EHT）”，它實際上是一個跨國的超大望遠鏡陣列，成立於 2012 年，成立後，全世界很多大型的射電望遠鏡都加入了進來。現在已經成長為由 30 多所來自 12 個國家的研究機構參與的國際合作組織。2017 年 4 月，位於全球 6 個地區的 8 臺射電望遠鏡首次進行了為期 10 天的全球連線觀測，這次的觀測目標是銀河系中心的超大質量黑洞，天文學家們希望通過這次觀測獲得人類歷史上首張真實的黑洞剪影照片。
為什麼說是剪影呢，因為黑洞本身不發光，我們能接收到的其實是黑洞周圍的不可見光，也就是 1.33 毫米波。朝著黑洞落下的氣體會被加熱到數十億度的高溫
使得事件視界看上去就像是“剪影”
愛因斯坦的理論能預測這個剪影的尺寸和形狀
觀測剪影的最佳波長約為 1 毫米
氣體在這個波段輻射最明亮
而且毫米波也可以從銀河系的中心直達地球的望遠鏡
接近黑洞時 光波看上去就像是池塘裡的圓形漣漪
但當它們抵達地球時 基本上已經是平面狀的了
為這樣的黑洞成像需要口徑像地球一樣大的望遠鏡
EHT 利用世界不同地點的射電望遠鏡來模擬這個效果
每一臺射電望遠鏡都收集並記錄
來自黑洞附近的無線電波信號
這些數據集合起來構成了事件視界的圖像
計劃要成功就需要所有的射電望遠鏡都在時間上同步
為了幫助你理解
我們用光學望遠鏡的鏡面來作比喻
想象一下 全球各地的望遠鏡組成的 EHT 網絡
是一個巨大的拋物面鏡
鏡面有一些弧度
當平行光進入盤面時
會在特定的角度反射並同時到達焦點
當 EHT 的每個觀測點都在時間上同步時
它們的觀測數據隨後就能得到完美的修正
這與利用鏡面修正收集到可見光的方法相同
如果鏡子的表面不穩定
比如說振動
反射光就無法完美聚焦
For the EHT,
對 EHT 而言
不穩定的信號就如同不穩定的鏡面
為了保證穩定性
EHT 使用了每數億年只會誤差 1 秒的原子鐘
因為觀測期間記錄到的數據過於龐大
所以不可能通過網絡傳輸
EHT 的數據被記錄在硬盤上
這些硬盤寄回數據中心後再進行處理
在那裡 一臺超大型計算機負責彙總來自所有地點的數據
矯正數據 抵消光波到達每個望遠鏡的時間差
得到的數據可以用來製作放大率極佳的影像
隨著加入 EHT 的射電望遠鏡數量越來越多、分佈越來越廣
事件視界的圖片也將變得越清晰
經過 2 年的數據處理，我們終於得到了這張來之不易的照片
當畫面最終定格的時候，我腦子中反應出來的第一句話就是：哇塞，還真是有一個洞啊，愛因斯坦又勝利了。特別請大家注意的一點是，這次公佈的黑洞照片並不是此前外界普遍認為的銀心的黑洞照片，而是距離地球 5350萬光年之外的 M87，也就是室女A星系中心的黑洞。你們想一想啊，在距離我們如此如此遙遠的地方，在一個巨大的星系的中心，我們用射電望遠鏡拍攝到了一個純黑的球形，而這個形狀與 100 多年前一顆人類大腦中想出來數學公式的計算結果一致，這難道不能讓你對人類的智慧感到自豪嗎？
就像2016年引力波的大新聞出來後，一下子就勾起了無數人瞭解愛因斯坦和廣義相對論的興趣。這次黑洞的照片公佈，我相信，也一定勾起了大家對黑洞的興趣，我有一個科普節目叫《真假世界未解之謎》第二季，在這個節目中，我用了三集詳細講解了黑洞的前世今生、黑洞的內部有可能會是怎樣還有霍金與黑洞的故事等等。我覺得要了解黑洞，對於一個普通人來說，看完這三集節目就夠了。下面我給大家選取其中的一段播放一下：
大家可以在微信小程序“科學聲音”中找到有專門講黑洞的《真假世界未解之謎》第二季。
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