臺北時間2019年4月10日21:00，中科院將在上海天文臺釋出世界上首張黑洞的照片。這可以說是今年天文學上最重大的事情之一。

黑洞是大質量天體發生重力坍縮後的產物，因為它的引力非常大，在一定範圍內（史瓦西半徑）光都不能逃脫它引力場。所以，它被命名為“黑洞”。

圖：電腦模擬的黑洞

因為黑洞幾乎不發出光（只有極其微弱的霍金輻射），所以幾乎無法對它進行直接觀測。這次採用了“事件視界望遠鏡”對其進行觀測，實際上也只是拍攝出了黑洞的吸積盤和黑洞噴流，從而使得它顯露出外形輪廓。

圖：射電望遠鏡（FAST）

事件視界望遠鏡（EHT）實際上不是一臺天文望遠鏡，而是由來自12個國家的30多所研究機構的很多臺射電望遠鏡組成的陣列，它的口徑等效於地球的直徑。它們在同一時間段裡對著銀河系核心（人馬座A*）和位於北天球的橢圓星系M87星系中央的特大質量黑洞進行觀測。

圖：人馬座A*

圖：多波段合成的M87星系中央的黑洞

由於資料量太大，無法使用網際網路傳遞資料。只有將資料硬碟寄到美國馬薩諸塞州的MIT海斯塔克天文臺以及位於德國波昂的馬克斯普朗克電波天文研究所利用超級計算機進行處理。一次5天的觀測產生的資料大約有7PB，大約要用1000～2000個硬碟來裝。

以前的黑洞照片都是由電腦模擬出來的，有一些想象的成分在裡面。有些明顯有些誇大，例如下面這張：

圖：黑洞

實際上黑洞的半徑非常的小，10倍太陽質量的黑洞半徑只有約30千米，1000個太陽質量的黑洞只有地球這麼大，100億個太陽質量的黑洞只有10多個太陽系這麼大。

這次拍攝到的黑洞照片應該和電腦模擬的黑洞照片相差不大。但筆者真心希望黑洞的真實照片與模擬的大不相同，這就可能會導致理論的修改，也意味著物理學的突破。

4月10號真正的黑洞照片要公佈了，在沒公佈前大家猜猜黑洞是長啥樣？

無論是在科幻大片中，還是在各種天體的圖片資料中，對於黑洞大家應該在熟悉不過，畢竟《星際穿越》熱映時，對那個卡岡圖雅黑洞的印象太深了！當然也非常感謝《星際穿越》對於科學尊重，為了製作一個“真實”的黑洞形象，邀請不少科學家作為科學顧問團隊，使得我們看到了從未如此接近實景狀態的黑洞！當然再真實的模擬它依然是模擬，但此次事件視界望遠鏡卻從前所未有的規模與角度上將位於銀心的Sgr A*底褲扒了個精光！

比卡岡圖雅更接近實際形象的黑洞模擬圖，當然黑洞事件視界的照片要到4月10日晚上才會趕工出來，在這個青黃不接的時刻仍然只能拿模擬圖湊數！儘管我們還看不到真實的黑洞照片，但我們可以趁此不妨瞭解下事件視界照片是怎麼來的！

一、什麼是事件視界望遠鏡？

事件視界望遠鏡(EHT)並不是一個單獨的望遠鏡，而是分佈在西半球8個大型射電望遠鏡及陣列組成的觀測網路，包括大名鼎鼎的阿塔卡馬大型毫米波亞毫米波陣列（ALMA）為主觀測望遠鏡，阿塔卡馬探路者實驗（APEX）、阿塔卡馬次毫米波實驗望遠鏡（ASTE）以及赫茲望遠鏡（AROSMT）和IRAM 30米望遠鏡（IRAM）、麥克斯威爾望遠鏡（JCMT），還有大型毫米波望遠鏡（LMT）等組成一個模擬地球口徑的超級望遠鏡！

二、為什麼要那麼大口徑的望遠鏡？

上圖是EHT的LOGO，非常形象的以一個地球簡化圖為標誌，含義是地球口徑大小的望遠鏡！為什麼對銀心黑洞Sgr A*黑洞成個像要如此大口徑的望遠鏡？

儘管銀心黑洞有高達400萬倍太陽質量，但它的史瓦希半徑只有1200萬千米，即事件視界的直徑只有2400萬千米，但它與地球之間的距離高達2.6萬光年！假如要從光學波段來對黑洞的事件視界來成個像的話，那需要用如下公式來計算一番：

銀心黑洞的視界尺寸/距離=1.22×波長/望遠鏡口徑

視界直徑：2400萬千米

距離2.6萬光年

波長：可見光550nm

望遠鏡口徑：？=6.88KM，看起來並不大哈，但是同志們請注意了，這是光學波段的望遠鏡口徑，很明顯這是達不到的！

其實射電波段也同樣達不到，理論上射電波段來解析銀心黑洞的話，由於其解析度低，其口徑將更大！按波長1MM的毫米波計算，甚至需要地球直徑般大小的射電望遠鏡！因此採用瞭望遠鏡陣列的干涉模式，將多個在不同位地理位置的望遠鏡陣列同步工作，製造一個超大口徑的干涉模式下的望遠鏡！

三、為麼FAST不參與？

要知道FAST可是有著500M口徑的射電望遠鏡！很多朋友認為它不參與是因為銀心位於南半球，其實這並不是關鍵，因為北半球也可以看到！而且FAST是球面鏡，對於其可視角度內都可以觀測的！

儘管口徑會減小，但其有效口徑依然大的可怕！

這就要從銀心成像的毫米波段說起了，EHT選擇毫米波段是有原因的，其中一個很大原因是解析度，波段越短解析度越高，因為銀心發出的各種射電訊號，非常雜亂，越高的頻率則解析度越高！

EHT工程師Doeleman如是說“當波長大於2毫米時，觀測銀河系中心就像“從結霜的浴室玻璃向外看”，而當波長小於等於1毫米時，“結霜的玻璃就會奇蹟般地變得清晰”！

從波段選擇上就把FAST給排除了，因為FAST主要觀測的是波長0.3M左右的射電訊號！另外還有一個重要原因是此次觀測最重要的參與者阿塔卡馬大型毫米波亞毫米波陣列（ALMA），它的位置就決定了其他參與觀測的範圍！

因為干涉陣列工作的第一要求是同時參與，因此觀測時候只能在同時看到人馬座銀心方向的所有望遠鏡，我們以南美智利阿塔卡馬望遠鏡陣列為中心時，您將發現中國根本就不在畫面上！因此FAST第一波段不合適，第二位置不合適，因此它將無緣此次觀測！

四、最終將獲得怎樣的事件視界的照片？

也許就如上圖，左側明亮右側黑暗是多普勒效應所致，就如普消望遠鏡（有比較嚴重色差）觀測明亮天體時的紫邊，您將發現左右是不一樣的！不過各位無需焦急，因為還有兩天時間就可以見分曉了哈！

需要更正下，嚴格說4月10號要公佈的並不是黑洞本體的照片，而是黑洞視界外的景象。黑洞視界外和視界內是兩個世界，黑洞本體可能只是黑洞中央的一個小點。

黑洞這個稱呼代表了黑洞的能力，就是內部沒有光射出，對於人類來說就是沒法觀測的。但是從理論上來說，黑洞能形成視界，所謂視界指的是事件被觀測到的界限。視界外和視界內是兩種景象，視界外由於黑洞的引力形成的時空彎曲不足以限制所有射線、光線，對於人類是可以觀測的。以往沒有觀測到黑洞視界外的景象是因為黑洞一般距離地球太遙遠了，視界外非常強的能量釋放過程在經過層層天體、星雲的阻隔後就變得十分微弱，以往人類的觀測手段難以捕捉到，因此多是透過黑洞周圍物質運動現象來證明黑洞的存在。

黑洞是物質無限壓縮形成的，因為密度十分大，因此體積不是特別大的情況下就能造成十分顯著的時空彎曲，黑洞的真正面貌也許只能在人類有能力進入黑洞視界才能最終確認，目前自然還是不現實的。以往觀測黑洞是透過記錄星系中央恆星的運動規律，透過觀測可以知道，銀河系中央區域的黑洞執行速度非常快，只有理論上黑洞那樣引力強大的天體才能引起。這次的黑洞照片是利用分佈在全球各地的天文望遠鏡，組合在一起獲得了迄今最強的黑洞視界外的訊號，是經過10天曝光捕捉訊號，然後用1年時間分析組合出來的影象。

觀測黑洞視界外的景象是研究黑洞具體構成的第一步，這次觀測上的成就也能說明用事件視界望遠鏡那種方式可以大大提升人類的觀測能力，未來將獲得更多重要的科學發現。

明天晚上9點公佈的黑洞照片將是人類文明第一次拍攝到的真實黑洞照片，而在此之前我們看到的黑洞都是物理學家們根據資料和理論結合計算機技術模擬出來的，雖然理論上模擬出的黑洞和真實黑洞不會差太多，但我們仍然期望能看到真正的黑洞。

黑洞是宇宙中的大質量恆星在死後因為引力坍縮而成的一種引力極大的特殊天體，其逃逸速度已經超過了光速，因此遠遠看去她就好像一個而維平面，但它其實是和太陽一樣的球體，目前為止最貼近真實黑洞的虛擬黑洞是電影《星際穿越》中的“卡岡圖雅”

黑洞由於其強大的引力使得光都無法逃逸，因此可見光波段是看不見黑洞的，目前天文學家判斷黑洞都是根據引力來判斷的，如果一顆恆星在圍繞著一個看不見的引力源運動，那麼就能確定這顆恆星周圍有一個黑洞了。

值得一提的是黑洞雖然無法被直接看到，但它在吞噬恆星或者其他天體時會用引力把目標撕碎成基本粒子，這時候我們就能看到黑洞的吸積盤了。

此次黑洞照片是利用分佈在全世界的若干射電望遠鏡聯合收集資料然後生成的黑洞照片，可以肯定的是真實的黑洞照片絕對沒有電影中那麼清晰，在普通人看來可能就是一團中間黑周邊亮的物體。