4 月10 日21 點，由多國科研人員合作的“事件視界望遠鏡”（Event Horizon Telescope, EHT）項目在上海等六地召開全球新聞發佈會，正式公佈了人類有史以來獲得的第一張黑洞照片。這張照片的“主角”是室女座超巨橢圓星系“M87”中心的超大質量黑洞，它的質量是太陽的65億倍，距離地球大約5500萬光年。照片展示了一箇中心為黑色的明亮環狀結構，黑色部分是黑洞投下的“陰影”，明亮部分則是繞黑洞高速旋轉的吸積盤，吸積盤是圍繞黑洞並散發熱量的碎片。
本次公佈的黑洞照片，直接證明了黑洞的真實存在，驗證了愛因斯坦相對論的正確，也對現有的黑洞理論進行了驗證。同時，通過黑洞照片，人類得以遙望宇宙的壯觀現象，甚至有望回答宇宙生命的起源問題。那麼黑洞到底是什麼？黑洞的首照又是怎麼拍到的呢？
認識黑洞
首先，黑洞不是洞，是天體。當超大質量的恆星衰老時，它的熱核反應耗盡了中心的燃料，在外殼的重壓之下，恆星會發生坍縮，最後形成體積接近無限小密度幾乎無限大的質點，這就是奇點。黑洞，所有的質量都集中於此。奇點周圍會產生一個強大的引力界面，光也無法逃脫，黑洞就這樣誕生了。這種天體的存在以極端的方式影響著周圍的環境，對周圍的恆星、氣體的運動產生巨大影響，黑洞周圍還會產生明亮的吸積現象，以及非常壯觀的噴流現象，這些奇美的宇宙現象也間接暴露了黑洞的存在。
作為最神秘的預言宇宙天體之一，黑洞質量極大密度極高，周圍會產生巨大的引力場，它附近所有物質都難逃一吸，連宇宙中傳播速度最快的光，也無法在黑洞中完成出它的出色射程。
人類對黑洞的認識歷史並不算漫長，1915 年，愛因斯坦在廣義相對論中最先預言了「黑洞」，在更早的1783年，英國地理學家約翰·米歇爾（John Michell）已意識到，宇宙中有類似天體的存在，可以達到滴“光”不漏。1968年，“黑洞”（black hole）一詞由美國天體物理學家約翰·惠勒提出，雖然之後也出現過一些黑洞的間接影像可以證明它身處星河之中，但沒人見過黑洞的真正樣貌。
科學家們認為，黑洞有不同質量，目前可以確定的是，具有恆星級質量的黑洞是大質量恆星（當恆星質量大於8倍太陽質量時,可稱為大質量恆星。）衰老坍縮後的宿命，約10倍及以上太陽質量的恆星衰老後，可能會坍縮演化形成恆星級質量的黑洞。
黑洞照片是怎麼拍出來的？
2017 年4 月，“事件視界望遠鏡”開始捕捉黑洞的清晰圖像。這次“事件視界望遠鏡”的觀測行動，可以說是史上最難的星際觀測項目之一。人馬座A 距離地球2.6 萬光年之遙，質量約等於400 萬個太陽，視界半徑約2400 萬公里，而M87 中心距離地球5500 萬光年，約等於64 億太陽質量。按科學家的說法，給黑洞拍照的難度相當於“給月球表面的一個蘋果拍照”。
“事件視界望遠鏡”項目並不是一個傳統觀念的觀測平臺，而是由位於美國（3處）、墨西哥、智利（2處）、西班牙和南極的天線組成觀測陣列，包括8處獨立的大型天文望遠鏡陣列。這些分佈在世界各地的望遠鏡，通過「甚長基線干涉測量」（VLBI）技術組成一臺巨大的虛擬望遠鏡，其口徑相當於地球直徑。當8 個射電望眼鏡聯合啟動，VLBI 網將各射電望遠鏡接收到的信號轉化為數字信號記錄在磁盤上，然後通過數據中心處理和分析，就能獲得觀測目標的射電精細結構圖像，最高分辨率可為哈勃空間望遠鏡的數百倍。
不止“拍照”難，“洗”照片更難。通過VLBI，要將事件視界望遠鏡的所有觀測數據集合、整理。跨越南北半球的龐大的天文臺資料，不能通過網絡傳輸，需要極大儲存容量的硬盤收集並郵寄到研究中心。一次普通的5 天觀測，整個整列就會產生約7PB 數據，裝滿1000-2000 個硬盤，還需要要將觀測站擺在乾燥高地用來防止地球大氣中的水汽阻礙數據接收，但常規硬盤無法抵抗低氣壓部分地區的硬盤還需要改裝成氦氣封裝硬盤。
同時，計算機進行後臺處理和分析海量數據也需要極長時間，各個站點收集的數據都被彙集到美國和德國兩個數據中心，計算機集群要對數據時間進行合併和分析，缺失或模糊的部分，都需要科學家進行拼圖完善。單生產出這張黑洞照片，研究人員就用了2 年左右時間。
雖然照片看起來依然是一片混沌，但是很幸運的，我們成為了第一批目睹黑洞真容的人類。
這只是一個開始，未來EHT 還會帶來更多前所未有的科學成果。而這次黑洞的項目成果，無疑讓我們進入了一個展示時間、空間、光和物質深刻本質的更加深邃的新視野。
閱讀更多 農夫山泉有點黏人 的文章
