黑洞，原來你長這樣

以上便是北京時間今晚 9 點由多國科研人員合作的「事件視界望遠鏡」（EHT）項目發布的人類有史以來獲得的第一張黑洞照片，而在這張照片背後，是人類對黑洞持續了一個多世紀的探索。

1915 年，愛因斯坦發表了廣義相對論，提出引力可被視為時空扭曲。通過計算引力場方程，可以得出當一個物體的密度足夠大時，它就能隱藏在事件視界（event horizen）之內，而在這個事件視界之內，引力強大到連光都無法逃脫，因此從外面看，它就像是一個本身並不發光的「黑洞」，以上也便是黑洞存在的理論基礎。

黑洞周圍的時空扭曲示意

不過即使黑洞本身漆黑一團，在之後的 100 多年裡人類還是通過間接的方式得知了黑洞確實存在（比如因引力透鏡效應，黑洞後方天體發出的光線會發生偏轉從而可以在地球上被觀測到），也發現了幾乎所有星系的中心均存在幾百萬甚至是幾十億倍太陽質量的黑洞，但我們都從未直接觀測到過黑洞。

我們此前對於黑洞的認知都是基於理論而進行的合理推論，圖為《星際穿越》里的「卡岡圖雅」黑洞

至於無法直接觀測到黑洞的原因，主要是以人類目前的科技水平，根本不可能發射探測器去近距離探測並拍攝這樣一種引力如此強大且距離如此遙遠的天體的照片；而如果用地球上或者軌道上的望遠鏡直接觀測，由於前文提到黑洞是一種密度極大的天體，就算它的質量極大，它的實際體積相較它離地球的距離來說也是太小了（像是位於銀河系中心的黑洞人馬座 A 星，它距離地球約 25000 光年，質量是太陽的 430 萬倍，直徑卻只有太陽的 17 倍，若使用哈勃望遠鏡直接觀測，它的分辨能力需要提升 1000 倍才能滿足要求）。

之前對人馬座 A* 進行的觀測成像，圖自：NASA

當然，聰明的科學家們也是想出了替代方案——「事件視界望遠鏡」（EHT）項目。簡而言之，EHT 就是通過將西半球不同地區的 8 組射電望遠鏡組成網路，並用幾億年誤差不超過 1 秒的原子鐘同步校準，聯合起來對位於銀河系中心的人馬座 A 星及 M87 星系中心更大更遠的黑洞進行觀測。這就相當於讓 EHT 的口徑達到了地球直徑的大小，觀測能力大大提升。

不過由於觀測期間所測得的數據量過於龐大（相當於 10000 太電腦存儲的數據量），不可能用網路進行傳輸，因此 EHT 的每台望遠鏡都只能使用獨立的硬碟記錄觀測數據，然後再通過飛機運送至數據處理中心。這麼複雜的操作也導致 2017 年開始進行的 EHT 項目直到今天才最終得到一張可視圖像。

以上便是這人類首張黑洞照片得來的整個過程。

其實從今天的這張圖像也不難看出，目前的解析度仍然還不太高，甚至是對於看慣各種高清概念圖的我們來說會有種「這樣就完事了？」的感覺。然而科學探索不正是如此：黑洞從假說到間接得知它的存在，從探測到雙黑洞合併形成的引力波到今天實際拍攝到黑洞的影像......這一點點的進步不僅僅是人類的認知邊疆在不斷擴大的證明，更是我們打破對宇宙的幻想，建立科學理性認知的必由之路。

黑洞，原來你長這樣。

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