＂黑洞＂刷爆朋友圈！六大问答带你全解密

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从这一刻起，我们将成为历史上第一代“看到”黑洞的人！

这和你想的一样吗？它是像一堵燃烧的火墙，一个张开大嘴的黑暗怪物，还是像星际中的卡根图亚黑洞，它有一个无底的黑色中心？

来自上海和台北、美国、圣地亚哥、智利、布鲁塞尔、比利时、林贝、丹麦和日本东京的天文学家于北京时间10日晚9点宣布了黑洞的“真实内容”。这个黑洞位于室女座的一个巨大椭圆星系m87的中心，距离地球5500万光年，它的质量大约是太阳的65亿倍。这是从地球上看到的最大的黑洞之一。它的核心区域有一个阴影，被一个新月形的光环包围着。

这幅图像意义非凡，它提供了黑洞存在的直接“视觉”证据，并验证了爱因斯坦一百年前的广义相对论。

有趣的是，在14岁的韩剧《来自星星的你》中，通过虫洞穿梭于钱的世界。这个“虫洞”也被称为“时间空洞”，它被认为是连接黑洞和白洞的时间空隧道。

那么黑洞到底是什么呢？为什么它值得在全球六个地方出版？除了满足人们对“眼见为实”的渴望，这张神秘的照片还有什么意义？当我们在2017年开始拍摄时，怎么花了2年时间“冲洗”？让我们一个接一个地回答。

问题1:照片是怎么拍的？

从2017年4月5日到4月14日，来自世界各地30多个研究机构的科学家发起了一项雄心勃勃的庞大观测计划，利用虚拟望远镜网络让人类首次看到黑洞的视觉界面。这个虚拟望远镜网络叫做事件视觉望远镜(eht)。

(资料来源:爱沙尼亚统计局)

事件视界望远镜由位于四大洲的八架射电望远镜组成，图片中的黄线是连接这些望远镜的“基线”。这是一个虚拟的巨型望远镜，总孔径相当于地球的直径。它的分辨率比著名的Hubble/きだよ 0号望远镜高1000倍，分辨率约为20微角秒，足以在纽约的路边咖啡馆里阅读报纸。

他们把一张大网撒向选定的目标(两年前，可视界面望远镜选定了两个观察目标，一个是银河系中心的黑洞sgra*，另一个是位于星系中心的黑洞m87)，并检索到大量数据来勾勒黑洞。

事实上，亚毫米波段与我们非常熟悉的可见光非常不同。我们不能直接看到这个波段，所以拍摄亚毫米波段的黑洞照片实际上是为了得到空.之间黑洞周围的辐射分布图我们每天接触到的光学照片反映了不同颜色或频率的光子在空.不同位置的分布

问题2:为什么这些照片已经冲洗了两年？

自2017年4月eht开始拍照以来，已经过去了大约两年。为什么“黑洞”的照片要花这么长时间才能“显影”？

首先，望远镜观测到的数据量非常大。2017年，8台望远镜的数据量达到10 PB (= 10，240 TB)，2018年增加了格陵兰望远镜，数据量继续增加。海量的数据使得数据处理更加困难。

此外，在数据处理过程中，科学家们还遇到了许多技术问题——黑洞附近的气体处于极端环境中，而且其运动具有许多不确定性——为了解决这些问题，科学家们专门开发了特定的程序和工具。

最后，为了保证结果的准确性，在最后的数据处理中，严谨的科学家在两个不同的地方进行了处理和验证。世界各地已经建立了两个数据中心，一个是美国的麻省理工学院，另一个是德国的马克斯·普朗克无线电研究所。他们独立处理数据，相互验证和校对，从而确保最终结果的准确性和可靠性。

问题3:黑洞照片的意义是什么？

这种直接成像不仅帮助我们直接确认黑洞的存在，而且通过模拟观测数据验证爱因斯坦的广义相对论。

在可视界面望远镜的工作过程和随后的数据分析中，科学家们发现观测到的黑洞阴影几乎与相对论预测的完全一样，这让人们再次对爱因斯坦的伟大产生了怀疑。

另一个要点是，科学家可以通过阴影的大小来限制中心黑洞的质量。这一次，我们对m87中心的黑洞质量进行了独立测量。在此之前，精确测量黑洞质量的方法非常复杂。

由于观测分辨率和灵敏度的限制，目前对黑洞的详细分析还不完善。未来，随着更多望远镜的加入，我们期望看到黑洞周围越来越丰富的细节，从而对黑洞周围的气体运动有更深的理解，区分喷流的产生和团簇的机制，提高我们对星系演化的认识和理解。

问题4:黑洞已经被研究了很长时间。四年前，引力波让我们“听到”黑洞合并的声音。为什么直到今天我们才“看到”黑洞的照片？

简而言之，这是因为黑洞的面积太小，而且以前望远镜的角度分辨率或放大率不够大。在过去的几年里，我们已经真正意识到分辨黑洞附近区域的能力。

事实上，早在2017年，在全球联网观测之前，世界各地的许多科学家已经努力工作了十多年，并尝试与八个望远镜阵列中的几个联网，以探测银河系黑洞附近的区域。结果，它周围的一些辐射被探测到在亚毫米波段，这给了团队很大的信心。

在此之前，虽然科学家已经掌握了大量的电磁观测数据来证明黑洞的存在，但证据是间接的——少数科学家会提出一些奇怪的理论来代替黑洞，因为我们还没有直接观察到黑洞的出现。

2015年9月，人类首次听到两个黑洞相互碰撞的自然声音:引力波。让人们相信黑洞的存在。然而，引力波是一种类似声波的“听”的方式，而电磁波是一种“看”的方式。对于更倾向于“眼见为实”和“有真实图像”的人类来说，用直观的电磁方式探测黑洞是非常可取的。因此，在2016年初直接探测到引力波后，视觉界面望远镜并没有放弃观测，而是通过全球联网将这一探测技术推向了极致。

问题5:中国科学家扮演了什么角色？世界各地的科学家如何相互合作？

中国大陆的望远镜没有直接参与视觉界面望远镜的观测。其中一个最直接的原因是中国大陆建造的两台亚毫米波望远镜(一台是青海德令哈的13.7米望远镜，另一台是西藏的ccosma望远镜)不具备vlbi组网功能。但是即使它们可以联网，同步观测也无法实现，因为我们的两台望远镜就在非常灵敏的阿尔玛阵列后面。

众所周知，中国快天望远镜没有机会参与视觉界面望远镜的观测。首先，它的工作波段不同。此外，亚毫米波光子很容易被大气中的水蒸气吸收，因此可视界面望远镜位于高处和干燥的地方。例如，阿尔玛望远镜位于海拔超过5000米的阿卡塔玛沙漠。

然而，位于夏威夷的麦克斯韦望远镜(jcmt)是eht联合观测网络的节点之一，该网络由中国科研机构参与，为可视接口望远镜提供了不可或缺的观测保障。

此外，一些中国科学家也参与了后来的数据分析和讨论，促成了世界上第一张黑洞照片。

问题6:既然银河系中心的超大质量黑洞如此之大又如此之近，为什么这次发布的是更远的m87照片，而不是银河系中心的黑洞照片？

m87中心黑洞附近的气体活动相当强烈，我们以前也观察到它产生的强烈喷流。相比之下，银河系中黑洞的活动并不那么激烈。

另一个重要原因是，我们的太阳系位于银河系的银盘上。当我们试图用可视界面望远镜探测黑洞周围的辐射或光子时，这些光子会受到传播路径上星际气体的影响——气体会散射这些光子并模糊观测结果。

M87是一个含有很少气体的椭圆星系，受到气体的干扰相对较小，因此科学家可以顺利地观察到它。当我们观察大气中的天体时，也会出现类似的情况。由于大气的干扰，望远镜的分辨率有时很难达到理想的条件。消除星际气体的散射效应是科学家接下来需要克服的一个重要问题。

提示:黑洞研究可以追溯到20世纪70年代

黑洞理论的历史可以追溯到很久以前，但是直到20世纪70年代，人类才开始用天文手段进行观察(在此之前，科学家对黑洞的理解停留在“只说不做”的阶段)，在接下来的50年里，人们一步步地接近黑洞。

在这张照片出来之前，科学家们通过各种间接证据证明了黑洞的存在。“邻近”恒星和气体的运动暴露了黑洞的踪迹，根据“吃”黑洞发出的光来判断它们的存在，或者通过“看”它们的生长过程来“看”黑洞...然而，在这个没有图片和真理的时代，没有什么比照片更令人信服。

从某种意义上说，黑洞实际上是一个非常简单的天体，只有三个元素:质量、旋转和电荷。2015年9月，人类首次听到两个黑洞相互碰撞的自然声音:引力波。之后，科学家们加快了步伐，努力寻找黑洞的真实面目。自2016年以来，事件视觉望远镜项目(eht)频繁组织会议，并为联合观测提供技术储备，包括优化数据记录和提高观测灵敏度。“事件视界”的名称来源于黑洞的专业术语:一旦黑洞形成，在其影响范围周围就会形成一个界面，称为“事件视界”。

参考来源:中国科学博览会、中国日报等。

来源：搜狐微门户