今天必定是天文学和物理学界的一个重要日子。有 6 场国际新闻发布会安放在了那一天，在那些发布会上，我们见证了人类有史以来所拍得的第一张黑洞照片的公布。
美国东部时间 4 月 10 日上午 9 时（北京时间 10 日 21 时），事务视界看远镜组织（Event Horizon Telescope Collaboration, 以下简称 EHT）在美国华盛顿，比利时布鲁塞尔、智利圣地亚哥、中国上海和台北、日本东京等世界六地同步发布那张人类等待已久的照片。
发布的图片展现了黑洞动弹产生的多普勒效应。
该黑洞图像显示了室女座星系团中超大量量星系 Messier 87中心的黑洞。该黑洞间隔地球5500万光年，量量为太阳的65亿倍。图中心的暗弱区域即为“黑洞暗影”，那个暗影告诉我们：爱因斯坦是准确的！
该图像的许多特征与爱因斯坦广义相对论的预言完全相一致，在强引力极端情况下进一步验证了广义相对论。中国科学院上海天文台研究员袁峰在现场表达，如今看到的照片大致来说有两个部门，一部门是中心区域不太发光的暗影，另一部门是围绕那个暗影的发亮的圆环。圆环发的光就是从吸积盘上发出的，而黑色的暗影要比黑洞自己要大几倍，那证明了爱因斯坦广义相对论的预言。
第一次实正地凝视深潭“黑洞是广义相对论预言了良多年的存在。目前，我们在理论上不断料想黑洞是现实存在的，并且也在看测中获得了一些停顿。但如今我们可以实正看到它的存在，那件工作十分值得等待的”。在发布会召开之前，DeepTech 联络了中国科学院国度天文台研究员陈学雷，他在解读此次发布会意义时如斯说道。
1915 年，广义相对论做为爱因斯坦提出的革命性理论之一问世。在那个理论中，爱因斯坦提出，物量会扭曲或弯曲时空的几何构造，人类以重力的形式感触感染到那种时空扭曲，而黑洞恰是爱因斯坦理论的首批揣测之一。
之后的百余年来，无数的影视做品、科幻小说将黑洞做为宇宙神异、诱人、凶恶的重要意象之一，把它带到通俗群众的熟悉中，包罗诺奖得主基普·索恩和已故物理学家霍金在内，他们都曾专门著书论述黑洞的奇异场景。
图丨一部法国电视纪录片视频中的黑洞影像，包罗了多普勒失实和不合错误称效果（来源：JA MARCK / J.-P。LUMINET）
但它始末都像是一个远远外太空的“都会传说”，人类迎来了一批又一批黑洞存在的间接证据：四周恒星轨道的引力摆动、星际气体云的改变、气态射流喷出等等。一些超大量量黑洞隐躲在宇宙中各大星系的核心区域，但即便是爱因斯坦本人也不确定它们能否实的存在。
荷兰拉德堡德大学的射电天文学家 Heino Falcke 曾如斯评判黑洞：“它们是空间和时间的起点，可能也代表着人类常识的最末极限。”
而第一幅实正的黑洞影像，将掀开覆盖黑洞的第一层“面纱”，使其从本来神异的工具改变成人类能够进修的实体，此中最值得等待的部门可能是那张图片关于广义相对论的验证。发布会之前，人们就等待那张事务视界的图片可以用以查验黑洞物理学的根底理论，好比丈量事务视界的外形和大小，能搀扶帮助验证良多天文和物理上与黑洞有关的理论。此外，天体物理学家还期看 EHT 的数据可以搀扶帮助他们阐明黑洞两边以接近光的速度喷出浩荡的物量流（喷流）。
图丨片子《星际穿越》的黑洞 Gargantua，由伦敦的视觉特效公司 Double Negative 造造（来源：London. AF ARCHIVE/ALAMY STOCK PHOTO）
我们都晓得，黑洞是宇宙中一种量量反常大的特殊天体，量量可达太阳的几百亿倍。它是由量量足够大的恒星在核聚变反响的燃料耗尽后，发作引力坍缩而构成。它浩荡的量量，产生了浩荡的引力，以致于任何接近黑洞的物体都无法逃脱它的引力。就连传布速度最快的光也无法逃逸出来。
黑洞会吸收所有的电磁辐射，那意味着无论是我们用来领受来自天体的无线电波的射电看远镜，仍是探测地球大气层以外的源所发射的 X 射线、并将其辨认为一个图像的 X 射线看远镜，用于搜集可见光的，便于目视看测、拍摄的光学看远镜，以至用运行于地球低轨道的、停止大面积巡天以研究天文物理或宇宙论现象的费米伽玛射线太空看远镜，都无法实正探究黑洞的容貌。
图丨 Nature 此前发布的估量第一张黑洞图片（来源：Nature）
在黑洞的四周，是一个无法侦测的事务视界 (event horizon)。它是光得以逃离黑洞的比来间隔，所以事务视界之内是无法被侦测到的，有如乌黑一片，故名黑洞。事务视界的存在，使黑洞无法被间接看测。不外，黑洞四周却有着一圈可被看测的物量。那些物量围绕黑洞高速扭转，构成了一个圆盘，天文学家称它为吸积盘（accretion disk）。
（来源：Sunshine Lighthouse）
吸积盘是黑洞的光环，那个亮堂的环中间乌黑一片，听起来其实不像土星光环那样协调标致。并且假设我们往看察吸积盘，会发现它被扭曲了。那是因为黑洞对光线有很强的弯折才能，位于黑洞后背的吸积盘发出的光，也会绕到前面来被我们看到。
固然我们无法看到黑洞内部，但假设黑洞的后面有亮堂的布景，我们却能够看到黑洞吸收构成的影子，看上往恰是“黑洞洞”的。黑洞四周超高温气体能够发出波长约为毫米级的无线电波，能够穿透星系中的气体并抵达地球。
陈学雷则对 DeepTech 表达，那张图片能够搀扶帮助领会黑洞四周以及黑洞自己的信息，好比它的量量、自旋和它对四周的影响等。而在验证广义相对论上，“假设揣测不完全一致的话，我们能够等待是不是有更深层的理论可以阐明此中一些纷歧致的现象。在广义相对论提出之后，科学家们也产生了良多修改的理论，和此前的一些理论比拟更复杂一些，通过此次看测，我们能够看察现实的情状会不会有所差别”。别的，他还提到，除了验证广义相对论以外，其他的物理理论，如典范相对论，也能够得到查验。假设再考虑到量子力学，我们还需要用原子级此外照片往查验模子，当然，那就需要十分高精度的照片才气实现。
图丨根据广义相对论，太阳会弯曲时空使行星绕着它运行，中子星会使时空弯曲更凶猛，而一个黑洞则会在时空中造造一个深坑，即便是光都无法逃脱（来源：JAMES PROVOST）
除了照片上的信息外，团队搜集到的原始数据可能还有其他的研究价值。“就像是淘金，发布的照片就像是最初从沙子里淘出来的金子。当然，那些原始数据可能还有一些其他的价值，可能后续有人能陆续从中淘出新的金子来”，陈学雷说。
简而言之，在那浩瀚的时间长河中，每一次新的宇宙发现，都让人类感触感染到本身的细小。而黑洞中是绝对的灭亡仍是长生，在此后的漫漫长路中揭晓。跟着那张照片的降生，人类又拥有了更多的时机查验那些曾经被认为“不成查验的”的理论，陆续凝视宇宙和生命的深潭。
Mission Impossible：我们需要一个与地球等大的看远镜和此前 LIGO 探测引力波类似，那张可能是本年最重要科学发现的照片降生背后，也有一个浩荡且超卓的全球化科研团队以及强大的大科学安装，并消耗了 2 年的时间才最末问世。
2016 年，天文学家们倡议了一项名为“视界看远镜（EHT, Event Horizon Telescope）”的国际看测项目。EHT 动用了位于世界各地的 8 个独立射电看远镜，那些看远镜构成了史无前例的大型看远镜阵列，包罗亚毫米波看远镜（SMT）；IRAM 30 米看远镜；APEX 看远镜；James Clerk Maxwell 看远镜（JCMT）；大毫米波看远镜（LMT）；次毫米波阵列看远镜（Submillimeter Array，SMA）；阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列（Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, ALMA）；以及南极看远镜（SPT）。
图丨 事务视界看远镜是由全球八大看远镜构成（来源：APEX, IRAM, G. Narayanan, J. McMahon, JCMT/JAC, S. Hostler, D. Harvey, ESO/C. Malin）
在 VLBI 手艺（甚长基线干预丈量）的搀扶帮助下，8 个看远镜模仿出了一个地球大小的巨型看远镜，到达了它的更佳辨认率：20 个微角秒，用来看测黑洞还刚刚够，但是得到的图像非常模糊。
EHT 于 2017 年 4 月初次全面运行，而且在那一次的运行中就获得了全数的黑洞数据。期间，8 台射电看远镜瞄准了一个位于银河系中心的超大量量黑洞人马座 A*（Sagittarius A*），以及一个 M87 星系中心的黑洞。此中，人马座 A*位于银河系的中心，量量约为太阳量量的四百万倍；另一个更大的黑洞是童贞座星系的 M87 黑洞（Messier 87），量量是太阳量量的 70 亿倍。
虽然它们都非常浩荡，在 EHT 的照片上却很小。据一位在 EHT 工做的天文学家说，人马座 A*黑洞的大小大约是 50 个微角秒（角度单元）的宽度。一个微角秒可能是从月球上看地球上一篇文章末尾的句号的大小。
最末，EHT 对两个黑洞总共看测了约 5 个夜晚，产生了 4PB 的数据（转换成 MP3 格局需播放 8000 年才气听完）。摘集的数据量如斯之大，那也是为什么时隔两年后群众才有时机一睹黑洞的全貌的原因。
在照片问世的过程中，差别的看远镜要对各自摘集的数据停止时间和相位的从头矫正，以实现多个数据的同步。那自己就是一项繁琐的工做，而数据的后期处置愈加消耗精神。如斯巨量的数据，收集带宽不敷传输，研究人员转而将数据拷贝到硬盘上，通过快递硬盘实体来交换数据，那竟然成为了比收集传输更快的体例。
（来源：J. A. MARCK/J.-P. LUMINET）
因而，团队在过往两年里不竭地阐发、校准和联系关系数据。在巴黎天文台工做、专注于黑洞可视化研究的法国天文学家 Jean-Pierre Luminet 在 Science 的摘访中也表达，黑洞“可视化”的难点在于要将一个自己在定义上就不成见的物体“实体化”。他在此前曾多年处置包罗为影视做品用计算机模仿黑洞的专业黑洞可视化工做。
运输未便，加上巨量的阐发使命，让那个宇宙中的鬼怪时隔两年才与世人相见。
但在研究过程中，研究团队的成员们对此充满自信心。在一次 TED 演讲中，EHT 研究人员、来自麻省理工学院的凯蒂·伯曼曾如斯介绍她的感触感染——“在项目起头时我没有任何天文学布景常识，但团队通过那一特殊协做所达成的成就，可让世界上第一幅黑洞照片降生”。
图丨凯蒂·伯曼（来源：TED）
据她介绍，团队要看察的黑洞离地球过分远远。“从地球上看，它十分、十分小——可能就和月球上的一个橘子一样大。那招致给它摄影变得无比困难……我们能够随便得出所需的看远镜的大小：就和整个地球一样大”。
但是，建造一个地球大小的射电看远镜是不成能的。她抉择相信米克·贾格尔的一句名言——“你不成能永久得到你想要的工具，不外有时候你试一下，说不定正好找到你需要的工具。”
正如我们所见，后来，EHT 抉择将遍及全世界的看远镜毗连起来，团队中的计算机学家们则开发出特殊的图片算法，基于看远镜供给的散乱而充满骚乱的数据，生成最末的图片。
凯蒂·伯曼认为，像 EHT 如许的项目可以胜利，恰是差别学科的研究人员用各自的专业常识一路创造的成果。
“我们是一个由天文学家、物理学家、数学家和工程学家构成的大熔炉。那就是我们可以很快达成一个看起来不成能达成的成就的原因……在此，我想鼓舞你们所有人，走出往，鞭策科学的边际，虽然刚起头它可能看起来和一个黑洞一样神异”，她说。
图丨 1610 年 1 月 7 日，伽利略用便宜的看远镜发现了围绕着木星的四颗卫星。大约 400 年过往，我们看察宇宙的“眼睛”和“视野”正在走向极限。