小嘉嘉看世界

為什麼首張黑洞照片要衝印兩年？是因為大嗎？

確實是因為太大了，但這個太大指的並不是黑洞的大小，而是獲得的數據大小！第一張黑洞的照片在4月10日晚21：00已經公佈，如何拍攝黑洞以及處理數據還有各個參與國家的信息都已經公佈，我們或許可以從中瞭解下黑洞的照片是怎麼來的！

您不要以為上面的硬盤陣列就是此次黑洞觀測的所有數據，它只這個望遠鏡陣列一天中的部分數據而已！事件視界望遠鏡（EHT）計劃從2017年4月5日就開始觀測了，參與觀測的望遠鏡陣列約有8個，觀測週期為10天（有效觀測），每天產生大約2000TB的數據！平均每個望遠鏡陣列約產生250TB/天的資料，各位可以查查2017年時最大的民用硬盤存儲空間大約是多大！然後比對下上面上面的硬盤數量（8×8=64顆）！

上圖是希捷在2018年9月發佈的企業級 14TB 3.5 吋 SATA 6Gb/s Exos 14TB 填充氦氣硬盤！當然各位也不要硬盤陣列就是1個個硬盤疊加上去的，因為這樣如果有硬盤損壞的話數據就丟失了，因此一般的數據就是以RAID5模式存儲的，簡單的說單個陣列是容量就是(N-1)倍單顆硬盤容量！總共10天的數據就是20000T≈20PB，當然大家肯定知道1TB≈1000GB！

海量的數據處理起來是極其費時間的，各位處理過大圖的朋友都會有個瞭解，一般一幅幾百兆的圖片普通電腦就沒法處理了，而現在的條件面對的根本就不是一張圖片，而是來自於8個射電望遠鏡陣列上百臺射電望遠鏡在亞毫米波段的數據，而且在這些數據中很多都是無用數據，或者需要有這樣一個過程；去除噪音、處理與增強信號、匯入通道處理成圖片，並且這個過程需要驗證，而且還需要分配到EHT參與的多個國家交叉驗證處理！用去2年的時間也算是中規中矩！當然未來如果量子超級計算機發展起來以後，這個過程也許將大大縮減，但在現階段這絕不是一個可以隨意縮減時間的工作！

但最終的表現卻很簡單，就如上圖模模糊糊一張普通圖片而已，也許各位看過之後會比較失望，但您要知道這張圖片是8個望遠鏡陣列，上百臺射電望遠鏡經過十天的數據收集後，經過數多個參與國科學家不懈努力所處理出來的！黑洞，從2019年4月10日21：00之後就不再神秘，科學家已經揭開了它的面紗，當然這不是終點，而只是一個新的起點而已！

星辰大海路上的種花家

第一張真實的黑洞照片來相當來之不易，早在2017年4月份就已經完成拍攝，但直到今天，過了整整兩年，才有了第一張的照片。這其中過程非常困難，即便以超級計算機來處理，也需要非常漫長的時間。

為了拍攝到位於五千多萬光年之外的超大質量黑洞，需要分佈在全球的8個天文臺的射電望遠鏡同時對目標進行拍攝。通過干涉技術，可以使射電望遠鏡的等效直徑達到地球直徑，從而有能力分辨出遙遠黑洞的事件視界。

雖然實際的觀測時間只有五天，但產生了海量的觀測數據，相當於大型強子對撞機在五年內產生的數據。如此龐大的數據量，甚至都無法在線傳輸。為此，天文學家只能把數據記錄在硬盤中，然後再送到兩個獨立的數據中心——馬克斯·普朗克射電天文學研究所和麻省理工學院。在那裡，數據被超級計算機分別進行獨立處理。

數據量不但極其龐大，而且處理起來還極其麻煩。因為環繞黑洞運行的氣體運動非常複雜，沒有現成的工具可以進行處理。另外，超級計算機還要校準不同望遠鏡接收到信號的時間差，而這又是一項龐大的工程。

總之，對於黑洞的數據處理是前所未有的。即便在超級計算機的輔助下，仍然需要兩年的時間才能把第一張黑洞照片“沖洗”出來。

雖然耗費了兩年的時間，但最終得到的真實黑洞照片可能並非人們想象的那麼壯觀。但不管怎樣，這張真實黑洞照片的意義十分重大，這能直接證明黑洞存在，並且又一次十分嚴苛地檢驗了愛因斯坦的廣義相對論。

火星一號

我在其他地方回答過，我在這裡再補充重新回答一下呀。

這次拍照片可不是咔嚓一聲就拍完了，而是要經過漫長的數據收集、數據處理和校對的過程。

這次的照片，拍攝的對象是銀河系中心的巨大黑洞人馬座A*和M87星系的黑洞，分別距離地球為2.6萬光年和5300萬光年，遙遠的距離讓地球上所有的望遠鏡都表示無能為力。

但是，科學家偏偏表示就是要拍到黑洞的照片——一臺望遠鏡不行就多用幾臺，最後憑藉被稱為“甚長基線干涉”的技術拍到了黑洞的真實相貌。照片的拍攝方法如下圖所示。

簡單說，一臺望遠鏡看不清楚的東西，我用幾臺望遠鏡同時看，把看到的圖像一對比就可以呃看到更加精細的景象。這樣的行為實際上需要很多的天文臺同時工作才可以承擔起拍攝的任務。

事實上，這次拍攝黑洞，一共動用了全球八個天文臺【位置如下圖所示】，通過這個“甚長基線干涉”技術，可以相當於虛擬出來一個跟地球那麼大的望遠鏡。

當然了，由於真實望遠鏡的口徑還是就那麼一點點，所以就好像我們拍照片遇到比較黑的場景只能夠延長曝光時間一樣，為了讓天文望遠鏡接受更多來自黑洞的無線電信號，所以可不是按一下快門、咔嚓一聲黑洞就拍到了，而是要進行長時間的跟蹤，獲取大量的數據。

事實上，在2017 年 4 月，給黑洞拍照的團隊對黑洞進行了長達 10 天的拍攝，在這十天裡獲得了極為龐大的觀測數據，甚至於大到都無法用網絡發送，只能夠裝到硬盤裡面由人進行人肉傳輸。

<strong>如下圖所示，是黑洞照片發佈時候的一個演講者，他手邊的那個就是硬盤架，一個硬盤架可以放8個硬盤，而根據他的說法，為了存儲這些數據，他們需要幾百個這樣的硬盤架。所以數據從一個天文臺到另一個天文臺，是需要拿卡車裝硬盤的。

而從這八個天文臺獲得的海量數據裡面，如何用剛剛提到的“甚長基線干涉”技術應用到其中，恢復出來黑洞的樣貌出來，那就真的是要靠科學家一點一點嘗試了。

畢竟從理論到現實，中間需要進行大量的試錯，有些時候可能一個參數設定差了一點點就會模糊不清，甚至於獲得的圖像南轅北轍，也許在分析的時候，還要用上超級計算機這樣的大傢伙，普通電腦的計算能力根本就不夠。

如下圖所示，就是工作人員在解釋照片沖洗的整個過程。首先是望遠鏡獲得數據，然後是獲得大量的數據，接著要對這些數據進行修正，後面還要進行擬合，最後才能夠成像，可以說是需要經歷重重險阻，才能夠從成噸的信息中獲得這樣一張照片。

最後，這可是全球關注的重大科學事件，相關的科研團隊是非常慎重的。照片“洗”出來之後還要跟之前推測的黑洞的數據進行對比，然後跟全球的同行們先私下裡碰頭分析，這張照片有沒有可能拍錯，是不是符合之前的分析，等等，說不定還要返工重做，所以兩年獲得這樣一張照片，時間不算長。

下面這張就是足足洗了兩年才洗出來的黑洞照片，雖然模糊，但是基本上吻合了科學家對這個黑洞樣子的預測【預測的樣子見再下一張圖】，證明了黑洞的存在，也證明了愛因斯坦廣義相對論的正確。可以說是意義重大。

這下大家知道為什麼一張照片要洗了兩年吧？

SilentTurbine

今晚就可以看到這張照片了，心裡很激動啊，為什麼要衝印兩年？這是慣例啦，由於需要反覆的PS啊，天文照片，真把底片給你看，估計得懵逼，所以得把底片好好弄成大家可以看懂的樣子，基本所有的天文星體照片，後期處理的過程都是如此漫長的。

黑洞的基本情況

這次拍攝的黑洞位於半人馬座A M87星系，距離太陽系距離5000萬光年，其體積相當於太陽的680萬倍。但由於距離實在太遠，實際大小大約只有10角秒，人眼睛能識別的極限是0.01度，而10角秒相當於0.0028度，就是說肉眼看瞎了你也是看不到的，得用天文望遠鏡和計算機處理才行。

攝影器材的準備

這個距離的拍攝，不是一般光學望遠鏡可以勝任的事情，特別是黑洞，太黑了！黑洞本身不能發光，甚至光都無法從黑洞中逃脫。我們只能通過視界外的吸積盤中，各種電磁波段的輻射撲捉到信號，其實就是一張大型X光照片吧。那麼我們得上一臺超大型的射電望遠鏡，有多大？地球的直徑吧！

這次是通過全球的射電望遠鏡陣列組成一個地球直徑大小的虛擬射電望遠鏡！再用計算機控制協調，同步對黑洞所在方位的電磁波段進行記錄拍攝。才可能得到今晚圖像的底片。

兩年時間是做後期處理的必要時間

黑洞太黑了，而且距離太遠，我們需要動用如此之多的射電望遠鏡，多次反覆的拍攝，然後進行正片疊加，以多次曝光照片來增加亮度，過濾掉噪點，簡化掉雜波，然後進行充分上色處理，把不可見的電磁波，美化成大家可見的顏色形狀等等。這麼一通猛如虎的操作，一年半載是無法完成的，所以讓大家等了兩年。

想想，今晚有幸看到連愛因斯坦都估計不到的黑洞真實照片，雖說還是藝術處理片啦～也是心中了無遺憾啦。

貓先生內涵科普

首先來一種剛剛新聞發佈會公佈的黑洞瘦張照片：

科學家為了得到它，可是連著把數據處理了兩年。為何要處理兩年？就是因為數據量實在太大了。

根據發佈會的科學家介紹，我國參與的天文望遠鏡每秒產生的數據就有32G。這麼一個巨量的數據，網絡傳輸實在是太慢，帶寬也不夠。只能夠利用快速讀寫硬盤，把這些數據實時地存儲在硬盤裡面。如果按照觀察10天計算，每臺計算機就會產生：10*24*3600*32=27648000G數據，那麼全球8臺，產生的數據就是221184000G的數據。如此龐大的數據處理和計算，絕對不是十天半個月可以完成的。

而且，處理數據的時候，並不是只有一個小組再處理。為了防止計算錯誤，科學家分工協作，分成獨立的幾個小組，每個小組單獨處理，然後比對最終得出的結果。只有大家的結果都一致了，才能說明結果正確。否則，拖推倒重來。而且，計算出來的結果還要和理論的對比，如果偏差過大，那麼就說明不是相對論錯了，就是處理的模型錯了，或者這些望遠鏡得到的數據有問題。好在，一切順利，理論和實際完美切合，相對論也得到了印證。

圖：黑洞模擬圖當然了，這次黑洞的照片像素還不高，我們並不能夠分清除黑洞視界範圍。期待後續越來越多的望遠鏡加入其中，而且波長可以在短點，這樣科學家就可以得到更為清晰的黑洞照片了。

科學探秘頻道

謝謝“小嘉嘉看世界”的信任和邀請。

黑洞這話題也算是研究過，寫過一些入門級別的文章，碰巧也是一個喜歡攝影的，當然了，我這兩方面水平都不高，能力也有限得很。就這個問題只能是跟您探討一下，如果有不當的地方，還請見諒。

先說說我的理解吧，不是因為大，恰恰是因為小，需要更長的曝光時間。

如果讓我們來拍攝這個黑洞我們就需要做一些準備，包括瞭解被攝對象和選擇合適的器材。當然了，這次拍攝要比咱們普通攝影更復雜，不是一個照相機就行了的。但咱們還是按照這個流程來看看應該怎麼去拍。

我們先來了解一下這個被攝物體——黑洞的基本情況：這次科學家們要拍攝的位於半人馬座A M87星系黑洞是位於M87星系的一處巨大黑洞，距離我們太陽系約5000萬光年。其體積巨大，是太陽的680萬倍，足以吞噬整個太陽系。是不是看上去是很大的樣子？然而，跟5000萬光年的距離比起來，就是一個非常微弱的小點點了。這個小點點有多小呢：10個角秒。一個圓周有360度，1度有60角分，1分有60角秒。我們人的眼睛能識別的兩條線的最小距離是0.01度，而這個10角秒為10/3600=0.0028度，這意味著，這麼大的一個黑洞，在5000萬光年之上是我們用肉眼不能識別的一個小點。必須用望遠鏡才能觀測到。這個比例基本上等於我們人類站在地球上，去看月球上一顆葡萄的感覺。

而且由於引力非常大，我們要拍攝黑洞的內部（視界以內）是不可能的。我們能拍攝到的是它的吸積盤。這個吸積盤就是被黑洞巨大引力場俘獲的很多的星際物質。這些物質在引力的作用下會發出各種粒子（光），我們能拍到的東西實際上就是這個。

好了，我們從上面瞭解到我們要拍攝的對象了，接下來要選擇用什麼樣的器材去拍攝它。這是最讓人腦袋痛的事情，為啥，它太小了，咱們得找個大大大大口徑的鏡頭去拍它。多大呢？最大也只能是地球直徑的鏡頭，再大了地球裝不下。

好吧，這麼大的鏡頭肯定是沒有的。那怎麼辦，科學家的辦法就是虛擬出來一個。怎麼虛擬的呢？通過把地球上的多個望遠鏡給連接起來。這樣就能使這個鏡頭的孔徑接近地球的直徑大小。

可以說，科學家為了這次攝影真的是拼了。

現在鏡頭有了，就需要選擇機身。機身的選擇跟我們用的照相機情況類似，那就是後面用什麼感光器件。可見光是不行的，因為我們跟M87黑洞之間會有很多的星雲和塵埃，這些波長太短的光過不來。我們這個相機能接收到的就是一些波長比較長的電磁波。我們現有的能捕獲長波的大型拋面天線最大直徑為305米，科學家就是利用這些射電望遠鏡組成機身的感光部分。

現在，鏡頭和機身我們都有了，要根據實際情況拍照了。怎麼拍呢？其實這裡面還有幾個大問題需要解決。

第一個困難，虛擬相機之間的時間同步問題。我們地球是一個球面，這些相機上的像素點，不在同一個平面上。遙遠的M87黑洞吸積盤發出的光落到相機上就不是一個面上的，為了合成為一個平面波的圖像，就必須要在時間上同步，然後在同一個面上去合併。

第二個困難，由於地球和月亮之間的關係，我們地球相當於在不停的振動，上哪找個穩定的三腳架啊。這個問題我也是很好奇的。我能想到的就是，增加快門速度，解決大相機的防抖問題。

第三個困難，太暗了。如何去拍攝一個亮度極低的物體呢？老郭能想到的也就是依靠長時間曝光或者是B門（單反裡的），然而這就跟第二個困難相矛盾。本來都夠模糊了，機身還在振動，還想不想好好的拍照了。所以，解決這個問題其實還有一個辦法，就是正片疊底。嘿嘿，熟悉PS的同學都瞭解這個技術吧。對，就是把多次曝光的照片疊加在一起，增加亮度。

通過上面這些複雜的手段，可以看出，我們需要調試地球直徑那麼大一個鏡頭和機身，然後通過多次的曝光，再利用技術來合成照片，這裡面需要兩年時間也就不足為奇了。而且還可以預見到，恐怕這張照片的清晰度，不會那麼理想。各位小夥伴不要期望值太高啊，具體怎麼樣今晚即將揭曉，讓我們準備好一杯紅酒，懷著激動的心情，共同進入倒計時，迎接那一刻的到來吧。

#人類首張黑洞照片#

郭哥論道

我們昨天晚上看到的黑洞照片其實並不是直接拍攝出來的，而是用分佈在全球各地的射電望遠鏡陣列慢慢收集數據最後輸入到超級計算機中生成出來的，這些望遠鏡一晚上就能產生2PB的數據（1PB=1000TB=1000000 GB），而科學家們早在2017年就完成了黑洞數據收集工作，剩下的兩年就是把承載海量數據的硬盤用飛機運送到數據中心，藉助於超級計算機的力量來進行“照片沖洗”

此次拍攝黑洞的是一個虛擬射電望遠鏡，名為事件視界望遠鏡，它由分佈在智利、夏威夷、亞利桑那、墨西哥、西班牙和南極的射電望遠鏡集合而成，不同的緯度造成了對黑洞射電信號接收的不匹配，因此最後的數據還將進行一次漫長的整理才行。

銀河系中心黑洞人馬座A*和5500萬光年外的M87星系黑洞是事件視界望遠鏡觀測的主要目標，昨晚公佈的是M87星系中央的巨型黑洞，雖然它的樣貌在很多人看來都平平無奇遠不如電影裡來的震撼，但這可是人類文明獲得的第一張黑洞照片，拍攝結果和之前理論預測基本一致。

視界事件望遠鏡真正的觀測時間只有五天，2017年4月份完成數據觀測後，礙於互聯網傳輸速度的限制只能用飛機把分佈在全球的硬盤送到美國麻省理工和歐洲馬普學會，時間都耗費在了數據整理和計算機處理階段。

宇宙探索未解之迷

這個問題隨著剛剛中國科學院上海天文臺的“官宣”已經不難得出為何這個首張黑洞的照片要衝洗兩年了。就在剛剛的發佈會上，主持人介紹了M87黑洞的約為太陽質量的65億倍，距離地球約為5500萬光年，這是一個什麼概念呢？下面我們還是先用幾個數字來表述一下。

從已知數值來看，太陽的質量約為1.9891E+30kg，這樣就能計算出M87的質量約為1.9891E+30kg*65億=1.29292E+40，而太陽的質量約為地球的130萬倍，同樣可以計算出M87黑洞的質量約為地球的8.45E+15倍（8450千億倍），而距地約5.20344E+20km，幾乎是日地距離的3.47828E+12倍，也就是距離地球3.47828E+12個天文單位，這個距離相當於距離太陽最近的比鄰星4.2光年的13095238.1倍。

然而，既然M87黑洞是質量非常大的天體，且距離地球非常的遙遠，而且其自身不發光，即使是光都無法逃脫，天文科學家是如何給這個黑洞拍照的呢？

由於黑洞質量非常大，引力特別強，因此被吸積的氣體在高速下降過程中產生了高溫而發出的強輻射有利於被觀測，但是由於距離太遙遠，需要增大射電望遠鏡的口徑，而為了達到這一目的，天文科學家聯合了世界上十幾個射電望遠鏡矩陣使得這一虛擬射電望遠鏡口徑達能到地球大小，以便更好的觀測遙遠的星空，並且將所觀測的數據進行彙總整理，由於數據量龐大，相當於歐洲粒子對撞機一年產生的數據量，因此要對這個數據進行整理是需要耗費大量時間的，這也是為何這張人類首張黑洞照片由觀測到成為影像需要兩年的時間。

從1915年愛因斯坦廣義相對論的提出，到4月10日在上海天文臺發佈的人類首個觀測到的黑洞“真容”，有效證明了愛因斯坦廣義相對論的正確性，而且隨著更多天文望遠鏡的加入，未來在廣義相對論精確性驗證下將會發揮更大的作用。

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地理那些事

主要是因為又遠又小又暗又不穩定。

首先，我們來聊一下這次發佈的這張照片所拍攝的黑洞是哪個。

它被叫做M87，離太陽系大概有5500萬光年。它的體積是太陽的680萬倍。

如果按照比例進行縮放，拍攝這個黑洞就好比一個人在地球上給月球上的一個橘子拍照。這還不夠難麼？

望遠鏡口徑不夠

所以，其實這個難度極其高，用我們現在最牛的望遠鏡都無法做到。望遠鏡的侷限在於口徑，我們國家的FAST射電望遠鏡的口徑有500米，但還是遠遠不夠的。

所以就需要採用聯合拍攝的方法，望遠鏡和望遠鏡之間的距離只要足夠的遠。這個效果就相當於把一個望遠鏡的直徑誇大了上萬倍。我們看到望遠鏡的地理分佈，可以知道最北的在格林蘭島，最南的在南極。

也就是說，這樣一組合，就相當於從一個口徑從格林蘭島到南極這麼寬的望遠鏡在拍攝。很難理解對不對？

我們可以這麼想，假設有個鏡子，它有地球這麼大，這時候你把它打碎。破碎之後的鏡片其實還是可以成像的，其實這些射電望遠鏡就相當於分散在各處的鏡子碎片，如果把它們都對準要拍攝的物體，其實也能夠把物體的像還原。

能拍攝的時間很短

這次EHT項目一共有8個望遠鏡組合，它可以觀測的窗口期只有10天的時間。因為只有這幾天角度才比較好。但是要知道望遠鏡屬於寶貴的資源，全球的天文學家們都在搶奪，所以最後8個望遠鏡能夠同時使用的時間是遠小於10天的。

地理位置的差異

還有，望遠鏡的地理位置不同，電磁波到底不同站點的時間是有差異的，大概在幾納秒的樣子，所以最後在彙總數據的時候，還要把這微小的延遲也考慮進去，使得數據能夠同步才行。

數據量龐大

除此之外，這個觀測工作量奇蹟龐大，每天產生的觀測數據大概有2000TB，相當於2000臺普通家用的電腦的硬盤數據量的總和。

每次收集到數據之後，需要用超級計算機進行計算，大概要一年左右才能出結果。

這次這張照片是2017年4月份拍攝的，花了整整兩年才洗出來，可以說是相當珍貴。

所以說，拍這張照片的難度真的不是一般的難。

鍾銘聊科學

沖印更準確來講是數據處理，因為並不是直接拍攝的光學照片，只是用計算機進行數據分析並形成照片。之所以弄了兩年，主要就是數據量比較大，還有分析處理難度比較高。

從公佈的黑洞照片來看，與以前純粹基於理論由計算機模擬的照片有所不同，在細節上有差異。前者更具有科學價值。

為什麼拍攝人類第一張黑洞照片很難？

1，拍攝對象小，拍攝難度大

包括前期的計劃和準備工作，本次拍攝任務耗時多年，由來自許多國家的科學家共同完成，我國也有參與。拍攝共動用了全球8個天文臺的射電望遠鏡，組成了一個虛擬口徑的天文望遠鏡，稱之為事件視界望遠鏡（EHT）。

EHT捕捉的是毫米波段的電磁波，採用了甚長基線干涉測量技術。宇宙中所有的天體都會向外輻射出電磁波，因此干擾很大。黑洞輻射出的電磁波也會被宇宙中的其它天體吸收和遮擋，因此所能收集到的有效數據少的可憐。

由於黑洞本身並不發光，而且距離地球較遠，我們也只能觀測到黑洞視界之外的景象。銀河系中心的那個超大質量黑洞，就距離地球3萬光年。黑洞質量雖大，但視界半徑很小。把地球壓縮成黑洞，視界半徑僅有9毫米。

在地球上人類用望遠鏡能夠觀測到的數據量其實很小，為了收集到足夠的數據，拍攝總共曝光了數天。

由於EHT是虛擬望遠鏡，分佈在全球各地，地球是個球面，為了保持望遠鏡拍攝的照片最終能夠完美的合成平面圖，科學家們使用了高精度的原子鐘進行時間校準同步，能夠做到1億年不到1秒的誤差。

2，原始數據大，處理難度高

本次拍攝所產生的數據量非常大，網絡帶寬有限，為了快速進行數據傳輸轉移，科學家們使用了硬盤。

為什麼說數據量很大？簡單說明一下。

我們用智能手機拍攝的照片曝光還不到一秒，一張照片的像素就算做2000萬，經過壓縮後，大約有7兆左右的樣子，一秒鐘拍一張，一天就會產生上百G的數據。

天文望遠鏡的口徑比手機攝像頭大多了，一個射電天文望遠鏡曝光一秒鐘，所拍攝的照片的體積相對於手機照片來說就天差地別，更何況用虛擬出的相當於地球大小口徑的EHT持續拍攝了好幾天。這麼多數據量，光買硬盤就要花費很多錢。

這些數據量很大，普通的計算機根本不能勝任，只能交給超級計算機進行處理。光把這些數據輸入到計算機中，就需要很長時間。超級計算機的運行速度確實很快，但對於這麼海量的數據，仍然需要花費一定的時間。

這麼多原始觀測數據，其實有用的數據並不多，很多都是噪聲。為了過濾無用的信息，本身就要花費很多時間。然後還要對有效數據進行分析，並重構出真實的照片。花費兩年的時間也不足為奇了。

關鍵字: 照片 科學 沖印