大眾網(wǎng)·海報(bào)新聞濟(jì)南4月10日訊 4月10日21時(shí)，全球六地(比利時(shí)布魯塞爾、智利圣地亞哥、中國上海和臺北、日本東京和美國華盛頓)，將以英語、西班牙語、漢語和日語四種語言，通過協(xié)調(diào)召開全球新聞發(fā)布會，事件視界望遠(yuǎn)鏡(EHT)將宣布一項(xiàng)與超大質(zhì)量黑洞照片有關(guān)的重大成果，人類首張黑洞照片即將在全球六地同步發(fā)布，一直“活在傳說中”的黑洞終于要露真容了。

大眾網(wǎng)·海報(bào)新聞記者了解到，2017年的4月5日到14日之間，來自全球30多個研究所的科學(xué)家們開展了一項(xiàng)雄心勃勃的龐大觀測計(jì)劃，利用分布于全球不同地區(qū)的8個射電望遠(yuǎn)鏡陣列組成一個虛擬望遠(yuǎn)鏡網(wǎng)絡(luò)，人類第一次看到黑洞的視界面。這個虛擬的望遠(yuǎn)鏡網(wǎng)絡(luò)被稱為“事件視界望遠(yuǎn)鏡”(EventHorizon Telescope， EHT)，其有效口徑尺寸達(dá)到地球直徑大小。包括中國科學(xué)院上海天文臺在內(nèi)的一些國內(nèi)機(jī)構(gòu)參與了此次國際合作。大眾網(wǎng)·海報(bào)新聞記者注意到，據(jù)新華社等媒體透露，黑洞照片“沖洗”用了約兩年時(shí)間。

給黑洞拍照難，“洗照片”更難

據(jù)中國科學(xué)院科普云平臺官微“中國科普博覽”分析稱， 給黑洞拍張照片不容易，“洗照片”更是耗時(shí)漫長。射電望遠(yuǎn)鏡不能直接“看到”黑洞，但它們將收集大量關(guān)于黑洞的數(shù)據(jù)信息，用數(shù)據(jù)向科學(xué)家們描述出黑洞的樣子。

對于之前的干涉儀來說，因?yàn)椴煌h(yuǎn)鏡之間的距離不會太遠(yuǎn)，不同位置的觀測數(shù)據(jù)通常可以實(shí)時(shí)比較、合并而后得到圖像，科學(xué)家們是有可能實(shí)時(shí)在屏幕上看到圖像的。但對于此次跨越南北半球的事件視界望遠(yuǎn)鏡觀測，因其所涉及的站點(diǎn)區(qū)域非常廣闊，所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量將十分龐大。事件視界望遠(yuǎn)鏡每一個晚上所產(chǎn)生數(shù)據(jù)量可達(dá)2PB (1PB=1000TB=1000000 GB)，和歐洲大型質(zhì)子對撞機(jī)一年產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量差不多。考慮到有些區(qū)域(比如南極)的數(shù)據(jù)傳輸速度相對較慢，所以科學(xué)家們在觀測時(shí)不會對各個站點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)相關(guān)分析，所以更不可能在屏幕上看到黑洞的實(shí)時(shí)圖像。

在每一個觀測中心，科學(xué)家們將利用提前校對好的原子鐘時(shí)間，對每一個電磁波到達(dá)的時(shí)間進(jìn)行分別標(biāo)定和存盤，等到觀測結(jié)束之后再匯總比較。在觀測結(jié)束之后，各個站點(diǎn)收集的數(shù)據(jù)將被匯集到兩個數(shù)據(jù)中心(分別位于美國麻省Haystack天文臺和德國波恩的馬普射電所)。在那里，大型計(jì)算機(jī)集群將會對數(shù)據(jù)時(shí)間進(jìn)行合并與分析，從而產(chǎn)生一個關(guān)于黑洞的圖像。這一分析所需的時(shí)間少則半年，長則一年。

無論最終的圖像如何，即便是只能夠看到幾個像素，此次視界面望遠(yuǎn)鏡的觀測也將是人類黑洞觀測史上的重要一步。

望向銀河中心黑洞的視界面，猶如在地球上看月球上的橙子

視界面望遠(yuǎn)鏡此次觀測目標(biāo)主要有兩個，一是銀河系中心黑洞Sgr A*，二是位于星系M87中的黑洞。

之所以選定這兩個黑洞作為觀測目標(biāo)，是因?yàn)樗鼈兊囊暯缑嬖诘厍蛏峡雌饋硎亲畲蟮摹Ｆ渌诙匆驗(yàn)榫嚯x地球更遠(yuǎn)或質(zhì)量大小有限，觀測的難度更大。Sgr A*黑洞的質(zhì)量大約相當(dāng)于400萬個太陽，所對應(yīng)的視界面尺寸約為2400萬公里，相當(dāng)于17個太陽的大小。

然而，地球與Sgr A*相距2萬5千光年(約24億億公里)之遙，這就意味著，它巨大的視界面在我們看來，大概只有針尖那么小，就像我們站在地球上去觀看一枚放在月球表面的橙子。

M87中心黑洞的質(zhì)量達(dá)到了60億個太陽質(zhì)量，盡管與地球的距離要比Sgr A*與地球之間的距離更遠(yuǎn)，但因質(zhì)量龐大，所以它的視界面對我們而言，可能跟Sgr A*大小差不多，甚至還要稍微大那么一點(diǎn)兒。

8個望遠(yuǎn)鏡同時(shí)看到2個黑洞，每年只有10天窗口期

要想看清楚兩個黑洞視界面的細(xì)節(jié)，視界面望遠(yuǎn)鏡的空間分辨率要達(dá)到足夠高才行。要多高呢?比哈勃望遠(yuǎn)鏡的分辨率高出1000倍以上。

科學(xué)家們之前可以利用單個望遠(yuǎn)鏡實(shí)現(xiàn)黑洞周圍恒星位置的測量，但是，相較于恒星與黑洞之間的距離尺度(1萬億公里)，視界面的尺度太微小了(至少小10萬分之一倍)，因此利用單個鏡面很難完成。這時(shí)候，為了增強(qiáng)空間分辨率，就需要使用“干涉”技術(shù)了，即利用多個位于不同地方的望遠(yuǎn)鏡在同一時(shí)間進(jìn)行聯(lián)合觀測，最后將數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析之后合并，這一技術(shù)在射電波段已相當(dāng)成熟。

在這種情況下，望遠(yuǎn)鏡的分辨率取決于望遠(yuǎn)鏡之間的距離，而非單個望遠(yuǎn)鏡口徑的大小，所以，事件視界望遠(yuǎn)鏡的分辨率相當(dāng)于一部口徑為地球直徑大小的射電望遠(yuǎn)鏡的分辨率。

在此事件視界望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行觀測之前，天文學(xué)家們已經(jīng)利用其中部分毫米望遠(yuǎn)鏡對Sgr A*和M87星系中心黑洞進(jìn)行了聯(lián)合觀測，并得到了一些令人興奮的結(jié)果：盡管沒能看清黑洞視界面，但已探測到了黑洞中心區(qū)域的輻射。

為了增加空間分辨率，以看清更為細(xì)小的區(qū)域，科學(xué)家們在此次進(jìn)行觀測的望遠(yuǎn)鏡陣列里增加了位于智利和南極的望遠(yuǎn)鏡。要保證所有8個望遠(yuǎn)鏡都能看到這兩個黑洞，從而達(dá)到最高的靈敏度和最大的空間分辨率，留給科學(xué)家們的觀測窗口期非常短暫，每年只有大約10天時(shí)間(對于2017年來說，是在4月5日到4月14日之間)。

(記者 吳軍林 綜合整理中國科學(xué)院相關(guān)科普文章)

[責(zé)任編輯：楊凡、穆楠]

想爆料？請登錄《陽光連線》（ https://minsheng.iqilu.com/）、撥打新聞熱線0531-66661234或96678，或登錄齊魯網(wǎng)官方微博（@齊魯網(wǎng)）提供新聞線索。齊魯網(wǎng)廣告熱線0531-81695052，誠邀合作伙伴。