全人类一起抬头看天

作者｜玄宁邮箱｜[e-mail]把人们都看得到的景色拍出美感，叫做艺术。而把人类已经用智慧推导出，但却无法亲眼看到的东西拍出来，就是最高级的科学。因为后者必须要通过全人类的共同参与来实现。北京时间2022年5月12日晚上9点，包括中国在内全球多个国家同时举办发布会，公布了一张人类科学家共同耗费5年时间“拍摄”的银河中心黑洞照片。

图源：由EHT合作组织提供早在1931年，就有科学家捕捉到来自银心方向的无线电信号，1974年有科学家进一步确认了银河系中心的射电源，并给了这个黑洞一个编号：Sgr A*（人马座A*）。而今天人类天文学家们穿过宇宙的尘埃和黑暗，首次捕获了藏在银河系中心的这头温柔野兽，也稳固了人类主流天文学甚至最伟大的科学理论的根基。飞向银河系中心黑洞 | ESO/MPE/NickRisinger (skysurvey.org)/VISTA/J. Emerson/Digitized Sky在一部模拟视频中，第一人称的视角穿越星空，奔向银河最深奥的核心，最终穿过约27000光年的距离后，出现一个奇异的黑洞。仔细看，它像一只眼睛在看着这个世界。科学家们还不清楚这个温柔野兽如何长成今天的样子。但根据2020年诺贝尔物理学奖得主赖因哈德·根策尔和安德烈娅·盖兹的计算，这头野兽相当于414万个太阳的质量。414万个太阳。

我们能看到的那个太阳，和夜晚接班的星河夜空，只是银河系很小的一部分。它真正的直径将近100000光年(一光年相当于约9.5万亿公里）。而和宇宙中几乎所有星系一样，在银河系的中心，待着一个黑洞。在2019年以前，某种意义上黑洞一直是被人类最伟大的大脑们预测出的存在。爱因斯坦的广义相对论里，时空不再是一成不变，而可以发生扭曲，甚至彻底消失，引力由这些扭曲产生。而黑洞就是这吞噬时空的“极端情况”，当一些大质量恒星“死亡”后，它向内坍塌，会变成连光都无法从中逃脱的天体，而且它还会不断“生长”，不停扭曲其他时空直到让它们消失在它的漩涡里。没有光，人类自然也就无法直接看到它。连爱因斯坦自己也曾因种种原因怀疑黑洞真的存在。2019年，人类终于第一次看到了黑洞。当年4月10日人类看到M87黑洞的照片，这也是人类首张黑洞照片。

图源：上海天文台完成这一使命的，是一个名叫事件视界望远镜（EHT，Event Horizon Telescope）的计划。它的名字来源于环绕黑洞的时空无法逃脱的转折点区域，而就像最黑暗的黑洞其实是最热烈的天体，科学家也希望用合作的力量对抗这个转折点，捕获那瞬间逃脱的黑洞影像。科学的神奇就在于，人类眼睛看不到的黑洞也依然无法彻底隐藏自己。人们有多种方法发现它，比如探测一个黑洞和恒星靠近过程中，开始“吸”走恒星时升温产生的x射线，比如通过跟踪分析黑洞周围恒星的轨迹，来发现秘密等。这些都能帮助科学家确定黑洞真的在那里，但要想更加直观的看到它，就需要口径足够大的射电望远镜。这只有国际合作才能实现。2009年，EHT项目诞生，至今已经有了11个分散全球多国的望远镜，它们通过一项被称为“甚长基线干涉测量”（VLBI）的技术共同组成了一架地球尺寸的虚拟望远镜——如果那只凝视银河系的眼能看清正在观测它的望远镜，它会发现这也是全人类共同编织的一只看着它的大眼。

图源：上海天文台此次黑洞观测中，8个射电望远镜或阵列参加其中，分别位于智利、墨西哥、美国、西班牙和南极。事实上，此次的观测和2019发布的M87的观测都在2017年4月正式开始。但它的照片面世比M87晚了3年，因为它的观测和成像都难度更大。据参与其中的中国天文学家表示，首先这项拍摄任务需要为所有参与的观测站凑出联合观测的时间，全年不过10天。而且观测后拿到的是海量的数据。这些数据用特制硬盘记录，再被运输到同一地点，用超级计算机整合分析，用人工智能算法对比补足。因此，观测结束后又过了多年才得以发布。而最终的图像和特征，与爱因斯坦的方程一致，也和百年前计算出它就在那里的天文学家的预测吻合。据上海天文台介绍，中国天文科学家此次参与了前期观测技术的预研，对黑洞大小、拍摄图片分辨率极限等研究推测，以及对大量观测数据进行VLBI数据处理。EHT的国际合作在继续扩大，中国的参与也在加深，上海天文台透露，中国正在规划建设自己的亚毫米波VLBI望远镜，来参与接下来对这个银心黑洞的24小时不间断接力观测，共同拍摄人类对黑洞的第一部视频。2019年，人类曾一起抬头看天，第一次看到黑洞的样子。3年后，地球上的一切都变得非常不同，人类再一次一起抬头看天，看到了属于所有人共同的星系的中心，确信了我们相信的科学没有改变，以及人类还会共同努力做成同一件事情。