如何拍一个黑洞

人类拍下首张黑洞照片的消息，大脸兔已第一时间为大家播报。今天就让栗子君带你来学习——

黑洞不是你想拍，想拍就能拍

现今恐怕没几个人不知道“黑洞”一词，这很大程度上得归功于爱因斯坦与霍金两位大神的名人效应。但其实早在1783年，剑桥学霸约翰·米歇尔就提出了黑洞的概念。

米歇尔设想，有一种天体，如果密度足够大的话，其引力也将大到连光都无法逃逸。

1915年，广义相对论发表后不久，天文学家卡尔·史瓦西就根据爱因斯坦重力场方程，算出了黑洞确实可能存在。

那么问题来了：黑洞既然能吞噬一切物质、能量，连光都不能幸免，那么它就是不可见的，它的存在该如何证实？

间接证据是有的。

黑洞强大的引力，会将附近的物质吸向自己。这些物质绕着黑洞旋转并最终落入其中，这一过程称為“吸积”。物质绕转时形成一个盘状，称为“吸积盘”。由于高速旋转，摩擦生热，吸积盘温度非常高，会放出强烈的X射线。故宇宙中的超强X射线源，很可能就是黑洞的所在。人类发现的第一个疑似黑洞天鹅座X-1，正是这样一个射线源。

此外，由于磁场的作用，吸积盘上的一些物质会以接近光速的高速，从垂直于吸积盘的方向上喷出。这是追寻黑洞的另一线索。“网红”黑洞Powehi所在的M87星系中心，就以长达5000光年的壮丽喷流而著称。

当然，无论X射线抑或高速喷流，它们依然不是黑洞本身。2015年，双黑洞合并产生的引力波首次被探测到，人类相当于“听”见了黑洞的存在。但“耳听为虚”，唯有亲眼“看”见，才算 踏实。

脑洞有多大，眼界就有多大

如前所述，黑洞不能直接被看见，不过呢，它总得有个边界，叫做“事件视界”。事件视界被吸积盘所围绕，其轮廓也就被吸积盘勾勒出来。我们要“看”的，就是这个剪影一样的轮廓。

说起来简单做起来难。因为黑洞们实在太遥远了。比如Powehi，虽然它的事件视界比太阳系还大，但5500万光年的距离使得要看见它好比从地球看月球上的一个橘子！没有一个实体望远镜有这样变态的能力。

所幸，我们有“甚长基线干涉测量”技术，简单来说，就是把几个小望远镜联合起来，达到一台超大型望远镜的观测效果。

这台虚拟的超大望远镜有多大呢？其口径相当于相距最远的两个小望远镜间的直线距离。也就是说，地球上的小望远镜联合而成的虚拟望远镜，最大可以相当于地球那么大！（如果加上2011年俄罗斯发射的太空望远镜，这个最大值还可拓展到35万公里，跟地月距离差不多了。）

经过多年的协调，天文学家调动了全球8台顶尖的射电望远镜（阵），组成了这个脑洞跟地球一样大的虚拟望远镜——事件视界望远镜，来给黑洞拍照。

拍照五天，冲印两年

技术有了，器材也OK，是不是请黑洞同志看向镜头微笑一下，就能得到一张标准照了呢？不行，还得看日子。

“甚长基线干涉测量”技术要求，所有参与的望远镜要在同一时间观测同一天体。于是，为了避免来自云层水汽的影响，8台望远镜所在的地方必须同时晴天，连云都不能有。

这样的要求已经像全班大合照中不能有人眨眼一样苛刻了，更何况8台望远镜观测产生的数据多得吓人，根本无法通过网络传送，只能用硬盘记录后“人肉”快递到一地汇总。其中进入极地从南极望远镜取出数据的机会，一年还只有一次！

2017年4月5日，事件视界望远镜终于等来了合适的时机。8座台站联手，连续5天对M87星系和银河系中央的两个黑洞进行观测，获得了约3500TB的海量数据。

3500TB是个什么概念？如果像看电影一样不间断地看，得用500多年才能看完;即使用大型计算机集群来处理，也花了两年时间。

至此，来自全世界的200多名科学精英，前前后后付出了十余年的努力。要是从米歇尔的脑洞开始算，为了这惊鸿一瞥，我们已等了两个多世纪！

虽然只是一张照片，但相对论的正确性却再次得到验证，爱老爷子棒棒的！下一个被验证的将是什么？是霍金关于黑洞内部性质的预测吗？等在黑洞出口的，会不会是平行世界的霍金……哈哈，开个玩笑。不过栗子君还是很期待的哟，你呢？