给5500万光年外的黑洞拍照片分几步？他们还计划给黑洞拍“电影”|黑洞_新浪财经

3月27日，事件视界望远镜合作组织（EHT合作组织）发布了一张新的照片，这是人类首次看到的、隐藏在银河系中心的超大质量黑洞——人马座A星在偏振光下的图像。

什么是黑洞？它又是怎么形成的？为什么被叫作黑洞呢？上海天文台的助理研究员赵杉杉常常在网上做一些黑洞科普，我们来听一听她说到底什么是黑洞。

中国科学院上海天文台助理研究员赵杉杉：黑洞是宇宙当中非常有意思的一个天体，我们都知道，不同的天体，它的引力的强弱是不一样的。比如说我们在地球上，如果想要离开地球的话，就要克服地球的引力。那我们的这个宇宙飞船，它的速度就要达到一定的速度才能飞出去，那如果我们想要飞出太阳系的话，我们要克服太阳的引力。太阳的引力比地球更强，所以我们的飞船要飞得更快才能飞出太阳系。天文学家们就想，会不会有一种天体，它的引力非常非常强，以至于你必须要达到光速，甚至达到光速也不能飞出去。这样的天体存在吗？曾经在100多年前，爱因斯坦提出了广义相对论，根据他的理论，就预言是存在这样的天体，后来人们管它叫作黑洞。它的引力是全宇宙当中最强的一种天体，它的引力强到光线也没有办法逃出去。

中国科学院上海天文台助理研究员赵杉杉：黑洞它其实是比较晚才出现的这个名字，为什么呢？因为光没有办法跑出来，那它这个光跑不出来，所以它是黑的，那么叫黑洞。很多人都觉得很奇怪，说宇宙是黑暗的，黑洞也是黑暗的，那么你怎么可能可以从黑的里面看到一个黑的东西？我们看到的这个黑洞，它不是孤立在那的，它周围是有绕着它旋转的、非常炽热的、绕着它高速旋转的气体，绕着它旋转并且往里掉的气体，组成吸积盘。还有一些气体，被从它的两极喷出来，叫作喷流。那这个喷流和吸积盘，它们都是发光的，尽管黑洞本身它不发光，但是它周围的这些物质在发光。那么在这个发光的背景上看到一个黑的不发光的一个暗影，这样子我们就可以看到这个黑洞的图像了。

中国科学院上海天文台助理研究员赵杉杉：在爱因斯坦的概念里，就是引力越强的天体，它对时空弯曲的程度就越高。那比如说我们地球，就是只能把时空弯曲一小点，然后太阳可以把时空弯曲得更多。在黑洞中心，可以把时空弯曲的程度达到无穷的这样一个天体，所以它对时空弯曲的能力是最强的。在弯曲的时空中，光线走的是一个曲线，所以我们看到的黑洞图像，是黑洞对它周围光线的扭曲所形成的一个非常神奇的一个环状的图像。

拍一张黑洞照片过程需要哪几步？

黑洞指的是一种天体，这种天体引力非常非常大，大到光线都逃不出去。专家介绍说，每个星系中心都存在着至少一个超大质量黑洞。

我们生活的地球围绕着太阳转，而太阳与几千亿个恒星一起围绕着银河系中心旋转，在银河系中心就存在着一个大约400万倍太阳质量的超大质量黑洞。这个银河系中心的超大质量黑洞，科学家曾在2017年对它进行了观测，在2022年的5月发布了它的照片。

银河系中心的超大质量黑洞距离地球大约2.7万光年那么远，而刚才说到的M87星黑洞距离地球就更远了，有5500万光年那么遥远。给如此遥远的黑洞拍照片，相当于把一个苹果放在月球上，然后用望远镜来看它。那怎么才能实现呢？给黑洞拍照片总共分几步？一起了解一下。

中国科学院上海天文台助理研究员赵杉杉：有人算过，如果想看到像银河系中心超大质量黑洞这样的黑洞的话，就需要一个地球这么大口径的望远镜才能够看到。其实我们是做不出一个地球一样大的望远镜的，但是我们采用甚长基线干涉测量技术（VLBI），采用这个技术，位于全球不同位置的射电望远镜就可以组成一张网。它们同时都去看黑洞的话，就可以等效于一个口径有地球这么大的一个射电望远镜对着这个黑洞，那它的观测能力、它的空间分辨率就足够可以看到这个黑洞。

中国科学院上海天文台助理研究员赵杉杉：频率越高，或者波长越短，这个望远镜的空间分辨率就会越好。在此之前（2017年前），最高观测能力是只做到了3.5毫米，直到事件视界望远镜做到了一个全球的VLBI网，但是是1.3毫米，它的这个波长是史无前例的短。2017年的时候凑够了8台毫米波望远镜，然后一起去看黑洞，这样才看到了这个黑洞。

从2017年起，基本上每年的4月份我们都会安排一个月或者半个月的时间，让这些望远镜都一起去看黑洞。就这样的一个十几天到一个月的观测，它产生了巨大的数据量，是达到了几PB。这些数据是要存在硬盘里，然后这些硬盘通过轮船、飞机、汽车，被运到全球两个数据处理中心去，然后再对这个海量的数据进行处理。

中国科学院上海天文台助理研究员赵杉杉：加工过程大概分成两步：一部分呢，是我们要从生数据变成熟数据。这就像做菜一样，一开始，你拿回来的是一些材料，它其实不是你能够用于去计算、不是能够直接用来冲洗照片的数据，需要做一步工作。我们要综合每个望远镜当时的情况、这个望远镜自己的信息，然后把它综合在一起、把它变成一个整个阵列产生的数据。它从生数据变成熟数据之后，接下来的这个过程就是从数据变成图像。

中国科学院上海天文台助理研究员赵杉杉：可能不同的人依照他不一样的经验，他做出来的图像就会长得不太一样。那我们做科学研究就要避免这种情况，你怎么能A做出来的是长成这样，B做出来了长得是另一个样子，那你这个图像到底可不可信呢？我们就是要避免所有的人为的因素，我们最终的这个结果要非常可靠。那采取了什么方式呢？就是把所有能够找来的有这个经验的人叫在一起，分成不同的小组，大家都去做同一件事情。当处理数据的人足够多的时候，最后我们得到的图像就应该是考虑了所有的因素，那就可以排除出人为的因素，最后我们得到的这个图像就是非常可信的。

利用不同波段开展研究拍出黑洞“全景照”

除了通过参与事件视界望远镜国际合作开展黑洞成像研究之外，中国科研团队也利用其他的阵列在不同的波段对M87星黑洞开展了成像研究，获得一张带有“小尾巴”的M87星黑洞“全景照片”，这张照片去年4月在国际学术期刊《自然》在线发表后，引起很大反响。中国科学家从参与黑洞成像的国际合作，到领衔国际合作，迈出了重要一步。

2023年4月26日，国际学术期刊《自然》在线发表了中国科学院上海天文台路如森研究员领导的国际团队在M87黑洞成像研究方面取得的进展。科研团队利用全球各地共16个观测台站，在不同于此前事件视界望远镜观测的波段，实现了对M87中心黑洞及其周围吸积流和喷流的共同成像探测。

中国科学院上海天文台研究员路如森：那么这里呢，就是我们在3.5毫米获得的M87黑洞的图像。这里实际上，除了我们看到的这个小图中M87这个黑洞照片之外，我们还看到了M87黑洞周围的，像这个喷流以及这个吸积流，这里我们可以说给黑洞拍摄了一张“全景照”。在这个工作中呢，我们利用了独立的阵列，在不同于EHT的观测波段给黑洞拍摄照片。就相当于我们利用了两个不同的相机给M87黑洞拍摄照片。EHT是一个相机，我们这里的全球毫米波VLBI阵列是另一个给黑洞拍摄的相机。

中国科学院上海天文台台长沈志强：我们这个团队始终跟着国际上的黑洞天体物理观测前沿在推进。在这个过程中，我们团队的成员也逐步成长起来，包括积极参与到国际的相关合作当中，就如大家这些年看到的首张黑洞照片M87的照片，包括首张银心黑洞（银河系中心黑洞）的照片，其实都有我们团队的参与。而在这个背后，实际上我们无论是观测申请还是实际到现场去观测，还是到后面的数据的分析，包括后面成图的讨论，其实都有我们团队成员的贡献。

给黑洞拍照后，他们还计划给黑洞拍“电影”

2023年，西藏日喀则和吉林长白山两个40米口径射电望远镜已经开工建设，望远镜建成后，将提升对黑洞的观测能力。未来，上海天文台黑洞研究团队还计划给黑洞“拍电影”，继续挑战黑洞探索的前沿。

中国科学院上海天文台台长沈志强：西藏日喀则开建的40米射电望远镜以及在吉林长白山同时建造的一个40米射电望远镜，都将加入我们中国现有的VLBI观测网，包括上海的望远镜、昆明的望远镜、新疆乌鲁木齐的望远镜，在探月四期里面，包括“天问”探测计划里面对卫星进行测定轨，但是它们也会具备开展射电天文观测的能力，所以能有效提升我们中国在VLBI高精度、高分辨率观测方面的观测能力。

在此前研究的基础上，上海天文台已推动实施了我国毫米波VLBI实验系统建设。未来，科研团队表示，还要尝试在更高的精度上，去探寻黑洞的秘密，包括在观测中检测光子环的可能性，以及给黑洞拍“电影”的可能性。

中国科学院上海天文台台长沈志强：我们要不间断看到一个天体，非常有必要在我们中国所在时区里面也有可以投入给黑洞拍照的望远镜。基于这个设想，我们在积极地谋划在我们中国的西部，青藏高原，去建设亚毫米波望远镜，可以参加到全球的黑洞照片的望远镜的网络中去。在更高的精度上，更强的引力场，就是更靠近黑洞位置的地方去观测光子环。黑洞的变化非常快，所以短时间曝光之后，这张照片很模糊，你只有把它拍成一个动画或者一个电影的话，那么就能知道每时每刻它的情况，所以这也是我们的一个目标所在。