看過了黑洞『打嗝』，看過了黑洞『噴射』，這一次我們終於看到了黑洞真身！

自人類開啟宇宙探索以來，

我們所能了解到的地球之外的世界，越來越多，越來越廣大，

我們驚訝地發現，在孕育和保護我們的地球家園之外，是一片無比冰冷和殘酷的世界。

從時速300公里的木星大風暴，到相當於地球900米深海壓力的金星大氣壓。

人類越來越多認識到，地球家園之外，是一片毀天滅地的殘酷世界.....

然而，這些冰冷殘酷的天體中，最讓我們津津樂道的，莫過於一個我們從來都看不見，摸不著，卻如同深淵幽靈一般的天體，它就是黑洞！

黑洞是一個奇異的天體，幾乎每個人都能說出這個名字，也或多或少能講出它的一兩個特徵，

難以想像的密度，無法探究的深邃，連光都無法逃脫的可怕引力…..

許多影視作品中對黑洞有著腦洞大開的奇思妙想，例如2015年的著名科幻片《星際穿越》，

就將黑洞的形象搬到了銀屏上，片中表現的巨型黑洞「卡岡圖亞」，是一個光子籠罩的球體，帶著一圈環狀的吸積盤的樣子……

以至於人類在知道黑洞存在的那一刻起，就常常忍不住發問：

黑洞是什麼？

黑洞怎麼來的？

黑洞為什麼能吞噬一切？

黑洞到底長成什麼樣子？

黑洞的裡面究竟有什麼？

……

人類對黑洞的探索從未止步，

在攻克了關於黑洞的一個又一個疑難之後，

一個持續多年的難題始終困擾著人類：

一直以來，黑洞都像一個深淵幽靈，它似乎無處不在，影響了無數天體的運動，卻又無影無蹤，永遠停留在人們的推斷，虛擬圖像，以及各種間接證據中…

而我們究竟能直接觀察到黑洞們么？

在這個曠世謎底揭曉之前，

讓我們回顧一下人類為了「看清黑洞」，進行的長達100年的艱難跋涉....

早在1783年，英國地理學家約翰·米歇爾（John Michell），就提出了關於黑洞雛形的假設：

他認為，如果一個天體的密度大到一定程度，它將變成一個可怕的深淵巨口，吸入一切物體，連光都難以逃脫…..

1916年，愛因斯坦發表了相對論，在廣義相對論中，他將引力解釋為空間的彎曲，並在這個模型下預言了黑洞的存在，在他看來，黑洞是一種引力極大的天體，大到光線都難以逃脫。

而也就是在同一年，德國天文學家卡爾·史瓦西（Karl Schwarzschild）通過計算愛因斯坦的引力方程，發現了一個解，這個解表明：

如果大量物質密集集中在一點，會形成一個「可怕」的天體，這個天體宛如一個深淵巨口，擁有無比強大的引力，在引力的中心，連光都逃不掉。

當然，引力也有作用的範圍，只有在這個範圍之內的光才逃不掉。這個界面，被稱為事件視界（Event Horizon）。 於是，一個無比強大天體，第一次出現在了數學方程中…

到了1968年，美國物理學家約翰·惠勒（John Wheeler）第一次將這種科學預言中的天體命名為「黑洞」，

從那以後，「黑洞」這個名字開始在世界範圍內廣為流傳，無論是否熟知天文學知識，地球上的人類或多或少都聽過「黑洞」這個可怕的天體，它能吞噬一切，連光線都難以逃脫…

黑洞的電腦合成圖

雖然無數物理學家都預言並肯定了「黑洞」的存在，

然而，100多年來，無數個「黑洞」始終像藏在宇宙角落裡的幽靈，悄無聲息地吞噬著星體，星系，光線….

地球上的人類，始終無法看到它們的真正面貌…

【為什麼我們到現在都看不見黑洞？】

這其實，有兩個原因。 一是因為，黑洞實在是….太小了。 二也是因為，連光本身都逃不出黑洞，又如何直接觀測黑洞呢？

這第一點，還得從黑洞的形成說起。

宇宙中的恆星都是有壽命的，

只要是恆星，都會經歷一場從誕生，成長，膨脹到最大，收縮，變小的過程...

大致如同一個氣球被吹大，然後放氣縮小的過程。

而有一些恆星，膨脹起來會特別巨大，在它們的燃料耗盡之後開始收縮，收縮之後又會特別小，

這樣收縮的過程是如此極端和強烈，以至於收縮到了一定界限，恆星的內部發生了引力坍塌。 如果之前的恆星質量足夠大（大約3-4個太陽質量），那這個恆信最後，就會坍縮成一個黑洞。

所以，本質上，黑洞就是一個收縮坍塌到極致的死亡後的恆星，它是一種密度無比巨大，體積又收縮得極小的天體…..

天文學家曾預言，自宇宙大爆炸的混沌時期，就形成了許許多多的黑洞，然而，它們無一例外地，作為天體來說，都小到令人髮指….

小到什麼程度呢？

即便超級巨大的黑洞，質量是太陽的數百萬倍，體積也小到只有一丁點兒，美國亞利桑那大學的Dimitrios Psaltis教授曾這樣描述：

「對目前來說，『看上去』最大的黑洞，就是我們銀河中心的那個。然而，以它的尺寸，我們從地球上拍這個黑洞，只相當於從地球上去拍月球表面放著的一個DVD光碟…」

正因為如此只小，以至於我們之前的望遠鏡，解析度都不足以看清黑洞。 通俗點說，因為口徑太小，所以放的不夠大。

而除了尺寸小，光線的干擾也是一大糟心事，

從某個角度看，由於黑洞的引力巨大，會在黑洞周圍形成一個堆滿光亮物質的圓盤（圓盤裡面光線不能逃逸，是事件視界）也會干擾望遠鏡的觀察，

如同在夜晚的漫天煙花中，去找到一個小小的黑色無人機，談何容易…..

電腦模擬黑洞及其「事件視界」

這樣看起來，在過去有限的技術條件下，

即便用最好的望遠鏡，想直接「看到」一個黑洞，幾乎是不可能任務。

【我們看不到黑洞，但是可以看到黑洞的「打嗝」】

在探索黑洞的過程中，美國宇航局NASA的錢德拉X射線天文台功不可沒，

人類正是通過X射線，發現了黑洞存在的間接證據。

雖然黑洞一片「漆黑」，像個貔貅，大多數時候只進不出，但天文學家們很快發現一個關於黑洞的，令人驚喜的現象好在，即，它們吃下東西後，偶爾還會「打嗝」…..

把黑洞看成一個大吃貨，當它吞噬周圍的星體和其他物質時，會噴出大量的X射線，一些天文學家將這種現象戲稱為黑洞「打嗝」。 而這些X射線，恰好是我們可以觀測到的！

因此，當黑洞「打嗝」的時候，就是人們捕捉它的最佳時機，儘管這種時候並不多…

而錢德拉X射線天文台，作為專門設計用來觀測X射線的太空天文台，仍然抓住了這些為數不多的時機，拍到了黑洞存在的間接證據。

天文學家曾用它監測到了2600萬光年之外，兩個星系合併產生的X光，天文學家們懷疑，這些X光線，就來自於那裡的一個龐大的黑洞！

X射線光弧上的小白點便是疑似黑洞的位置

下面圖片上那些紫紅色的部分，是強烈的X射線源... 科學家認為，這正是因為這兩個星系的碰撞，產生的各種黑洞...

除了X射線，黑洞還會發出波，錢德拉X射線天文台也曾接收到過英仙座星團同時發出的X射線和波，它們同樣是黑洞存在的間接證據…..

之前，科學家們一直懷疑，銀河系中心就有一個超級巨大的黑洞。 直到後來錢德拉X射線天文台同樣接收到了來自來自銀河系中心的X射線閃光，這同樣間接證實人們的猜想。

來自銀河中心疑似黑洞的X射線爆發

正是有了這樣對X射線爆發的觀測，

可以說，我們第一次「間接」的觀測到了黑洞......

我們也以此找到了宇宙中很多可能存在黑洞的地方。

然而，

我們對黑洞的探索，不止於此。

【我們還能看出黑洞「吐」出的東西】

嗯，除了X射線，還有別的方式能觀測到黑洞的存在，

因為，黑洞不但會「打嗝」（放X射線），還會「嘔吐」…..

有時候，黑洞會如同「嘔吐」一般，以驚人的光速噴發出一股巨大的，物質和能量的噴射流，

下面這張圖，就是被哈勃太空望遠鏡和其他射電望遠鏡捕捉到，在武仙座(Hercules)星系的中心，發生過這麼一次黑洞的「嘔吐」噴射現象。

這不但間接證明了黑洞的存在，也像我們展示了黑洞難以想像的巨大破壞力…..

天文學家還曾拍到過距離我們1300萬光年外的半人馬座A (Centaurus A) 星系，中心黑洞噴發出的巨大噴射流，噴射流的長度甚至比這個星系本身的直徑還要長…..

而下面的這張，是哈勃望遠鏡拍下的M87星系的核心...

核心向外面射出了一條長達5000光年的噴射流。

科學家認為，這核心中就包含一個超大質量的黑洞。

【我們還能看到黑洞「拉拽」其他星體的行為】

正因為有了之前的觀測手段，我們找到了在宇宙中越來越多疑似存在黑洞的位置。

於是我們就可以對那些地方進行持續的觀測，

看看黑洞究竟能對周圍星體產生什麼樣的影響。

畢竟，

黑洞本身的引力也是人們難以忽略它們的可怕存在…..

下面的這個動圖，是天文台對一個同一個天區進行了連續16年的觀察。 把16年來這些天體的位置的變化合併成了一張動圖... （相當於加速3200萬倍）

我們可以看到，很多顆星星圍繞著同一個地方進行旋轉... 而那個環繞著的地方卻「看」不到任何東西...

科學家認為，那裡，就存在著一個黑洞...

正是黑洞巨大的引力，影響著這周邊的星體。

一系列的間接觀測證據向人類表明了黑洞的存在，除了看得見的東西，我們實際上還能「感受到」黑洞的活動….

根據愛因斯坦的廣義相對論的推測，當兩個引力巨大的黑洞相撞，會釋放出龐大的引力波：

「當物質加速時，引力波變化產生，而當兩個黑洞相互圍繞做出旋轉運動時，將帶來周圍的引力劇變！」

如同振動空氣形成聲波，引力巨大的黑洞碰撞，會讓空間在一拉一伸中形成引力波的，這可以通過專門設計儀器探測到….

於是，14億光年之外的兩個黑洞，在14億年前碰撞，它們釋放的引力波在宇宙中穿越了14億年，最終到達地球，並被激光干涉引力波天文台（LIGO）所觀測到….

不過，

無論是黑洞「打嗝」，黑洞「嘔吐」，恆星繞不明物體公轉，引力波…..

所有的間接證據，都不如我們把黑洞真真切切看上一遍，然後說一句：「它就在那裡！」來得更為理直氣壯。

【這一次，我們要直接看黑洞】

多年過去，科學技術已經有了長足的進步，望遠鏡的解析度也成倍提高。

然而，而要看清黑洞的事件視界，依然需要比哈勃望遠鏡的解析度高出1000 倍以上…

如今，科學家可以利用單個望遠鏡實現黑洞周圍恆星位置的測量，

然而，比起恆星，黑洞的尺寸依舊小得難以置信，

黑洞，對於今天的我們來說，依然太小了…..

然而，為了看清大黑洞，我們依舊想出了辦法….

一個望遠鏡的解析度不夠，可以利用多個位於不同地方的望遠鏡，在同一時間進行聯合觀測，最後將數據進行相關性分析之後合併！

於是，一場橫跨全球30多個國家通力合作，動用全世界8台望遠鏡，構築了一個相當於地球直徑口徑的虛擬望遠鏡——「事件視界望遠鏡」（Event Horizon Telescope，EHT ）啟動了！

這8台望遠鏡在幾天里集中觀測出的數據，又經過了2年的數據處理和相互驗證。

終於，科學家們「拍」出了黑洞的第一張照片。 也就是今天公布的這張。

M87星系核心部分的黑洞照片。

這是人類第一張關於黑洞的真實圖像！

我們發現，黑洞的中心，確實是光都逃不出來的黑的。

而黑洞的周邊，確實聚集了大量明亮的物質的吸積盤... 而在黑洞和吸積盤中間的正是理論上預言存在的事件界面。

這張圖，又一次證明了愛因斯坦廣義相對論的正確。

因為之前科學家根據廣義相對論的理論，推演出來黑洞的周邊應該會是這樣的一種景象。

（推測的效果圖）

那麼，如果拍出來的照片跟這個相差很大，那意味著廣義相對論可能還存在缺陷。又或是意味著我們對黑洞還不夠了解。

如果拍出的照片跟理論推斷出的類似，那就意味著廣義相對論又一次被驗證，我們就可以進一步繼續利用廣義相對論而繼續探索宇宙！

而今天公布的結果，雖然模糊，卻依然滿足著上面的推測。

無論如何，

這是我們在直接觀測黑洞上成功走出的第一步。

未來，科學家還可以進一步優化望遠鏡的解析度和靈敏度，

以後還可能會有更清晰的圖片。

人類對於黑洞的了解，

從猜想，到間接觀測黑洞釋放出的X射線，觀測黑洞噴出的射流，觀測到黑洞碰撞的引力波，直到現在直接觀測到黑洞的照片。

這，大概就是我們對宇宙探索的一種體現吧。

Ref：

https://www.vox.com/science-and-health/2018/1/8/16822272/black-hole-looks-like-what

https://eventhorizontelescope.org/

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沐梓伊森：就想知道質量如此驚人的黑洞中心的時間是不是停止的？[攤手]想去……

_紅皮大西瓜：愛因斯坦，霍金真的是太偉大了

綿卷卷：仰觀宇宙之大，俯察品類之盛

TanTianyu_JR：這個探索無限大的謎底的過程真的是無比浪漫

檸檬鯨本鯨：我們是第一批見證者哎，真幸運

魯魯修vi不列顛尼亞：看清了！是個甜甜圈！！

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