4月10日，全世界似乎都在為一件事情而瘋狂，在六個地方同時舉行的全球發佈會上，事件視界望遠鏡(EHT)的國際團隊向地球人公佈了第一張黑洞事件視界的圖片，並在發言中稱“我們已經看到了我們認為看不到的東西……你看到的是視界的證據。”
上週的刷屏網紅，來自M87星系的黑洞（吸積盤）影像
這張高角度分辨率的圖片，描繪了位於M87星系中心的65億個太陽質量的黑洞，距離地球約5500萬光年。
它揭示了理論中所預言的視界是存在的，並再一次證實了阿爾伯特·愛因斯坦的廣義相對論。M87在天空中的位置如下圖所示。
在中北緯地區觀察到的M87方位
通過安置在夏威夷、亞利桑那、西班牙、墨西哥、智利和南極洲等地區的八個射電望遠鏡所組成的網絡，科學家們創造了一個地球大小的虛擬望遠鏡，叫做超長基線干涉測量 ，簡稱VLBI，它的放大率是哈勃太空望遠鏡的2000倍。而在每一個望遠鏡上都放置了原子鐘，保證它們可以在同一時間觀察同一對象。除了M87，被列為拍攝對象的還有人馬座A。
觀測所採用的射電波長是1.3毫米，這是能夠穿過阻擋黑洞陰影的氣體的完美波長。最後一共獲得了幾個PB的數據，彙總到了德國馬普射電天文學研究所和美國MIT海斯塔克天文臺進行統一處理。
這當中，為了等到南極開春，好把南極望遠鏡的數據運出來，還耽擱了好幾個月。可謂費盡周折，但，一切都值得，因為這是黑洞，可能是宇宙中為數不多的人類迄今仍想盡方法要得知其真面目的事物之一了。
可能大多數人都和我一樣，想到“黑洞是什麼樣子的”，腦子裡就會浮現諾蘭電影《星際穿越》中的那個在物理學家基普·索恩指導下、由倫敦的視效公司Double Negative所製作的Gargantua黑洞，它被打出了“史上最精確的黑洞圖片”這樣的宣傳語，甚至成了這部科幻大片的噱頭之一。
據稱，為了做出影片中需要的這個黑洞，索恩給了視效團隊一份長長的寫滿了公式的備忘錄，讓他們用這個寫了一個新的渲染器，為了確保方法有效，還先拿蟲洞練了練手。最後，30個人、數千臺計算機一年的工作成果，得到了那張著名的黑洞“照片”。
在渲染器中運行不同效果
建立這個模型的關鍵在於對吸積盤的理解，吸積盤是一團凝聚在一起的物質，它圍繞著黑洞旋轉，因此，儘管我們從小就被告知“因為黑洞吸收所有光線，所以它不可見”，卻仍有辦法通過描述它周圍那一團還沒被吸進去的物質，來勾勒它的輪廓。
工作室創建了一個多色的平面圓環代表吸積盤，事實證明，它不僅漂亮，而且有用。
吸積盤被模型化為一個色彩絢麗的平面圓環
作為拿過奧斯卡最佳特效的工作室，Double Negative的了不起之處在於他們嚴格而巧妙地對模型做演示，最終產生了一個讓索恩也讚歎的效果，黑洞外圍扭曲的時空同樣使得吸積盤也發生彎曲，於是產生了一個奇特非凡的光暈。這個發現後來被索恩也用到了自己的論文中，
索恩及其同事一篇談CG技術的論文中的黑洞，根據Double Negative的演示結果生成
細心的你應該發現了，索恩論文中所用到的CG圖，和電影中的那張圖之間的最大不同——左右兩邊的亮度不一樣。這也是索恩數次怨念，甚至在他的《星際穿越中的科學》一書中提到的一個遺憾，諾蘭不想增加觀眾們理解起來的難度，所以就沒有采用那個
不對稱的真實描述，而用了下面這個物理上有問題的樣子，美則美矣。
《星際穿越》中的Gargantua黑洞最終採用的形象
對《星際穿越》中黑洞形象提出批評的人士當中，來自巴黎天文臺的Jean-PierreLuminet是最為重要的一位，這本出過法語版暢銷書Les trous noirs（黑洞的意思）的科學家，寫了一篇15頁的關於電影科學的論文，嚴正討論了這個問題，“這種強烈的不對稱的視光度，是一個黑洞的主要特徵，黑洞是唯一的天體對象，能夠給其吸積盤內部區域一個接近光速的旋轉速度，這會誘發一個非常強的多普勒效應。”
Luminet的Les trous noirs有好幾個版本，這是其中的兩個
Luminet對這一點如此不滿，端的是有來由。事實上，早在1979年，擁有數學背景的他，就做出了真正稱得上最為精確的黑洞模擬圖，還是在一臺IBM7040打孔機的幫助下完成的——什麼概念？就是它產於上個世紀60年代，計算能力還遠遠比不上你的家用計算器。
利用打孔計算機返回的數據，他煞費苦心地用鋼筆和墨水在負片紙上進行手工繪製，就像一個人形打印機那樣，做出了下面這張珍貴的科學圖像。
它向我們展示了落入黑洞的那個扁平物質盤可能是什麼樣子。後來在發表於arXiv的一篇論文中，他解釋道：“實際上，引力場使黑洞附近的光線彎曲得如此厲害，以至於盤的後部‘顯露’出來……光線的彎曲也產生了一個次級圖像，讓我們可以從觀察者那裡看到吸積盤的另一邊，也就是黑洞的另一邊。”
1979年，Luminet結合計算機數據做出這張人工“打印”黑洞
Luminet的圖像描繪了《星際穿越》中未曾表現的另外兩個重要現象 ：一個是離黑洞邊緣近的地方，能量和光更強，而遠離黑洞的地方，能量和光更弱；另一個是由吸積盤旋轉引起的多普勒效應和愛因斯坦效應，根據轉向的不同，吸積盤的旋轉會使一側的光看起來更亮。在上圖中，吸積盤是逆時針旋轉的，所以它的光線從左邊接近觀察者，然後從右邊撤退，這使得左邊看起來更亮。
EHT昨天發佈的照片，則是順時針旋轉的，轉軸和觀察方向有一個17度的夾角，所以我們會看到圖片中吸積盤的下部發亮。
Luminet的著作英文版封面
後來，計算機的能力不斷加強，軟件也不斷改進，Jean-Pierre Luminet得以做出更加豐富感人的黑洞形象，他和同事Jean-Alain Marck做過一個圖片集，從不同角度展示非旋轉黑洞及其吸積盤（中間那一排，我覺得和M87挺像的）。1991年，兩人還在法國拍攝的一個科學紀錄片中為觀眾做了一個包含多普勒扭曲和不對稱的黑洞。
不同角度看到的黑洞吸積盤
1991年法國科學紀錄片中的黑洞
不過Luminet本人在2002年就放棄了對黑洞成像的研究，因為他意識到事件視界望遠鏡之類觀察手段的出現，將會對黑洞可視化產生更現實的影響。
在EHC公佈圖像之前，Science雜誌採訪了這位先驅，問他對於這次國際合作有可能帶來的黑洞照片有何想法，Luminet非常有預見性地指出，在人馬座A和M87之間，他看好M87能帶來更清晰的影像，這是基於對吸積盤的判斷。
科學藝術研究中心
（ID：Art_And_Science）
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