為了分辨黑洞，我們只能建造地球大小的望遠鏡嗎？或另有辦法？

天體物理學中最令人興奮的發現之一是：黑洞並非僅由那些品質為太陽的幾倍到100多倍的大品質恆星核心坍縮而成，此外，黑洞中的龐然巨獸——超級黑洞——同樣存在。

這些黑洞存在於星系中心，它們的品質達到了太陽品質的幾百萬甚至幾十億倍，而其中之一就在我們的銀河系中。目前為止，我們只能間接觀測到它，然而這對我們的問題回答者富蘭克林·約翰斯頓來說，是遠遠不夠的。他回答道：

我知道我們的星系中有一個大品質黑洞，但究竟需要靠多近才能看見它？我猜你不需要靠近黑洞的事件視界，但考慮到它周圍的恆星，以及被吸進去的灰塵和碎片，即便你正好處在星系表面的上方或下方，你似乎也不可能從任何的可觀距離上看到它。

先來告訴你我們是如何得知自己所處的星系中心有一個黑洞的。

在可見光下，在我們的星系平面中發現的大量灰塵遮擋了我們的視線，使我們無法看到星系中心。但在紅外線、X射線和無線電之類的其他波長下，我們可以透過灰塵探測到許多不同尋常的事物，包括以驚人的速度移動的熾熱氣體、黑洞亂吞物質時偶然出現的耀斑，以及更具說服力的：單個恆星沿軌道執行到某一點後便都不再發光。

這個“點”是一個重達四百萬個太陽品質的超大品質黑洞。黑洞品質越大這個點就越大，最起碼黑洞表面所佔的物理空間就越大，或者說，它周圍不再有光能逃逸出來的範圍就越大。如果我們的地球以某種方式轉變成一個黑洞，它將極其微小：它的事件視界直徑只有0.7英寸（1.7釐米）。如果我們的太陽做相同的轉變，它卻會大得多：大約4英里（6千米）寬。

銀河系中心的超大品質黑洞直徑為1470萬英里（2360萬公里），約為水星繞日軌道大小的40%。需要注意的是：其他星系中的黑洞比它大很多。它們只是離得遠得多，不是幾千光年，而是幾百萬光年。

作為單體，黑洞是非常巨大的，它使空間扭曲的廣義相對論效應也被放大，產生更加深遠的影響。然而，儘管空間裡的龐然大物更容易被看到，它卻仍因太過遙遠而極其難以分辨。黑洞自身的物理尺寸只有19微角秒，也就是一角秒的百萬分之19（1度= 60角分= 3,600角秒=3,600,000毫角秒=3,600,000,000微角秒），卻遠在約26000光年以外的地方。

相比之下，哈勃空間望遠鏡的最佳解析度約為26毫角秒，比觀測黑洞所需的解析度大了1000多倍，無法分辨出黑洞。

理論上講，如果我們靠近許多——只有幾百光年遠——我們就可以直接得到它的像。但這在實踐領域是不可行的。不過，我們可以用一種技巧來克服這種侷限。你知道的，光只有確定的幾種波長，而無線電和X射線的特別之處就在於：在它們的波長下，即便是黑洞也能立刻變得非常“明亮”，或者，從黑洞旁經過的物體也能以逆光的方式照亮黑洞的事件視界。

說到解析度，通常來講，我們看物體的清晰程度是由望遠鏡的鏡片尺寸決定的：你的望遠鏡鏡片適用於多少種波長的光。這就解釋了為何錢德拉X射線望遠鏡相對較小解析度卻極高：X射線的波長很小，當中的大部分都能通過望遠鏡鏡片。這也是射電望遠鏡——比如在阿雷西博的那個——如此龐大的原因：無線電波的直徑可達幾米長，因此要用巨大的望遠鏡來獲得極佳的解析度。

但也可以用一種變更方案來獲得更好的解析度，這意味著我們無需建造一臺地球大小甚至更大的望遠鏡來直接得到黑洞的像：我們可以使用由長基線分離的望遠鏡陣列。它們只有單個望遠鏡的聚光能力，意味著會使物體看上去非常模糊，但它們獲得的解析度卻相當於一個尺寸與陣列中最遠的兩臺望遠鏡間距近似的望遠鏡所能獲得的。

這正是事件視界望遠鏡背後的想法：我們計劃依靠甚長基線干涉技術觀測短波無線電（波長約1mm）來完成此類精確測量。有兩種方案：七站式陣列和十三站式陣列，二者均能通過直接成像來回答“黑洞的事件視界是否真實存在”這一問題。

圖解：2017年4月份參加EHT觀測的8個VLBI臺站，其中由於位置限制，位於南極的SPT望遠鏡無法觀測到M87* 圖源：EHT

星系中心的黑洞人馬座A*是個理想的觀測物件，因為根據預測，它的事件視界是地球上可見的最大者。十分有趣的是：第二大的應當是在M87（atop）中心的黑洞，M87是室女座星系團中最大的星系，比事件視界望遠鏡的目標解析度大了五倍，意味著我們可以觀測到黑洞噴流空前的細節，窺見這些超音速噴射特性的形式和行為。

圖解：人類拍攝到的首張黑洞照片，M87星系中心超大品質黑洞（M87*）的影象，圖中心的闇弱區域即為“黑洞陰影” 圖源：bing

但是，如果你的問題都是關於如何用你的肉眼看到它，那我要告訴你壞訊息了。

人類肉眼的解析度只有微小、可憐的60角秒，意思是假如你想用肉眼分辨一個直徑為19微角秒的東西，你需要再靠近約三百萬倍，或者在距離約546個天文單位的地方。太陽是離我們最近的恆星，第二近的是半人馬座比鄰星，在約4.24光年之外，或者說，268000個天文單位！是的，這個東西離我們必須比次臨近的恆星再近500倍，你才能用你可憐的肉眼觀測到它。

我的建議就是不要離開望遠鏡，它不僅比那漫長的星際旅途要快捷、經濟得多（也不那麼危險），還更有價值。因為用望遠鏡陣列觀測到的，遠比用眼睛看到的多！

參考資料

1.Wikipedia百科全書

2.天文學名詞

translate: Leo

author: Ethan Siegel