01.就像宇宙中的一切一样，行星也会衰老和死亡。当核聚变反应燃料耗尽时，一些大质量的恒星会迅速坍缩，所有的物质都会迅速向一个点坍缩，最终坍缩成大豆大小的奇点，形成强大的力场涡旋，扭曲周围的时间和空间，变成黑洞。

(资料图片仅供参考)

大量的天文观测数据证实，在浩瀚的宇宙中，许多黑洞神秘地隐藏在各个星球中。

但人们从来没有直接过“看”我去过黑洞，不知道它是什么样子。

2017年4月5日至14日，来自世界各地30多家研究所的科学家们开始了一个雄心勃勃的巨大观察计划，以了解黑洞的真实面貌。他将分布在世界各地的8个射电望远镜阵型组成一个虚拟望远镜网络，希望利用它们捕捉黑洞图像。

最后，科学家们成功地拍摄了黑洞的第一张照片“相片”。

北京时间2019年4月10日21时，这张照片同时在华盛顿、中国上海和台北、智利圣地亚哥、比利时布鲁塞尔、丹麦灵比和日本东京发布。传说中的黑洞终于揭开了神秘的面纱。

到目前为止，人们的第一张黑洞照片是如何拍摄的，记者为您揭露了整个过程。

了解黑洞

从理论上讲，黑洞是爱因斯坦广义相对论推测的一种星体。它的超引力促使光无法摆脱它的力量，这被称为黑洞的半径或事件的视野。

那么，黑洞是如何形成的呢？

就像宇宙中的一切一样，行星也会衰老和死亡。当核聚变反应燃料耗尽时，一些大质量的恒星会迅速坍缩，所有的物质都会迅速向一个点坍缩，最终坍缩成大豆大小的奇点，形成强大的力场涡旋，扭曲周围的时间和空间，变成黑洞。

在宇宙中，根据质量科学家，宇宙中的黑洞分为三类:恒星级质量黑洞(几十倍)—几千倍的太阳质量)、超大质量黑洞(几百万倍太阳质量以上)和中等质量黑洞(在两者之间)。

根据理论计算，银河系中应该有无数的行星级黑洞。然而，由于黑洞本身没有发送和反射电磁波，仪器和人眼无法直接观察到它。

即然没法“看到”，那么你怎么知道它存在呢？科学家们主要通过各种间接证据。

中国科学院上海天文台研究员沈志强：“主要有三种代表性证据。首先，行星和气体运动揭示了黑洞的痕迹。黑洞引力强，会影响周围的行星和气体，所以我们通过观察这种影响来确定黑洞的出现。二是根据黑洞吸积物质，即进食时传出的光来判断黑洞的出现。第三是通过看到黑洞生长的过程‘看’见黑洞。”

到目前为止，根据间接观察，科学家们在银河系发现并确定了20多个恒星级黑洞，但可能有无数的恒星级黑洞替代品。

沈志强说：“宇宙的每个星系中心都有一个超大质量的黑洞。每个人都住在一个银河系中心，它的质量是太阳质量的400多万倍。此外，银河系还有一些恒星黑洞。”

这些神秘的黑洞与宇宙的诞生和演变有什么关系？它和它所在的星球有关系吗？它和我们人类有关吗？它会影响我们的生活吗？……

为了更准确、更清晰地回答各种问题，科学家们希望直接回答各种问题“看”到黑洞。

准备“相机”

广义相对论推测，虽然黑洞本身并不明亮，但由于黑洞的出现，周围的时间和空间弯曲，气体被吸引着陆。当气体落入黑洞时，引力可以转化为光和热，因此气体被加热到数十亿度。黑洞就像沉浸在一个类似明亮气体的明亮区域，事件的视野看起来像一个黑色的阴影，周围是一个由吸积或喷射辐射引起的新月光环。

爱因斯坦的广义相对论预测了这一点“黑影”它的出现，以及它的大小和形状。

科学家们希望这次能直接捕捉到黑洞“黑影”的图像。

中国科学院上海天文台研究员路如森说：“黑洞黑影的图像将能够直接提供黑洞的存在‘视觉’证据。”

路如森说：“这就要保证望眼镜充足灵敏，能分辨的细节足够小，然后才能看得清楚。”

但要满足上述所有条件，望远镜的规格必须与地球大小相同。

然而，目前地球上现有的单独望眼镜最大口径只有500米。

那该怎么办？

聪明的科学家们想到了一个好办法——地球上现有的一些望眼镜“组合”它可以形成一个规格，如地球大小“虚拟”望眼镜，其敏感性和辨别能力是前所未有的。

因此，世界上有200多名科学家达成了这一目标“事件视觉望远镜”(EHT)这一主要的国际合作计划决定使用长基线干涉测量技术。

沈志强说：“也就是说，通过同时观察不同地方的多个望眼镜，最终将数据进行相关分析后合并，该技术在射电波段已经相当成熟。”

最后，科学家们选择了来自世界各地的8个亚毫米射电望远镜，包括南极望眼镜。

路如森说：“它们大多是单一的望眼镜，如夏威夷的JCMT和南极望眼镜。也有望眼镜阵型。例如，ALMA望眼镜由70多个小望眼镜组成。”

选定目标

在建立大型虚拟望远镜的同时，科学家们也在寻找合适的拍摄目标。

黑洞剪影和周围的新月光晕非常、非常小。在摄影设备水平有限的情况下，如果你想拍摄黑洞照片，一定要找到一个看起来直径足够大的黑洞作为目标。

科学家们选择了一圈后，决定以近邻的两个黑洞为主要目标：一个是位于射手座角度的银河系中心黑洞Sgr A*，另一个是射电星球M87的核心黑洞M87*。

沈志强说：“因为黑洞事件的视野大小与其质量正相关，这也意味着质量越大，事件的视野就越大。我们选择的两个黑洞质量非常大，它们的事件视野在地球上看起来最大，是目前最好的图像替代品。”

即便如此选择的两个黑洞已经是最好的显像备选体，但要清楚地为它拍照，还是极其困难的。

Sgr A*黑洞的质量相当于400万太阳，相应的页面规格约为2400万公里，相当于17个太阳大小。然而，地球和Sgr A*距离2.5万光年(约24亿公里)。

沈志强说：“这意味着在我们看来，它巨大的视觉页面只有针头那么小，就像我们站在地球上看月球表面的橘子一样。”

M87中心黑洞质量较大，达到60亿次太阳质量。

虽然M87中心黑洞与地球的距离会比Sgr高 A*与地球的距离更远，但由于其巨大的质量和科学家的事件视野，它可能与Sgr相比 A*大小差不多，甚至大一点。

调节相机

如果你想看到两个黑洞事件视野的细节，事件视野望远镜的空间分辨率应该足够高。

要多高呢?

路如森说：“比哈勃望远镜的分辨率高1000倍左右。”

但不要以为只要虚拟望眼镜阵型的分辨率足够高，就能成功地为黑洞拍照。

具体情况并不简单！就像看电视栏一定要选择好频道一样，在适当的波段观察黑洞显像尤为重要。

之前的一系列研究发现，观察黑洞事件的视野“黑影”最佳波段约为1mm。

路如森说：“由于气体在这个波段的辐射是最明亮的，而且射电波可以从银河系中心传播到地球而不被阻挡。”

在这种情况下，望远镜的分辨率取决于望远镜之间的距离，而不是单独望远镜口径的大小。

为了提高空间分辨率，看到更小的区域，科学家们增强了位于智利和南极洲的望眼镜阵型。

沈志强说：“这个设置是为了确保所有8个望眼镜都能看到这两个黑洞，从而达到最高的敏感度和最大的空间分辨率。”

正式拍摄

八个望眼镜从北到西班牙，从南到南极。他们会为自己选择的目标撒一个大网络，收回大量信息，给我们一个黑洞的样子。

科学家的观察窗口期很短，每年只有10天左右。2017年，应在4月5日至4月14日之间。

除了观察时间的限制外，拍摄对温度条件的要求也非常严格。

“由于大气中的水对观察波段有很大的影响，水会影响射电波的强度，这意味着降雨会干扰观察。” 沈台说，“如果你想成功地观察到页面上的眼镜，你必须看到眼镜所在地的天气状况非常好。”

根据规定，计划选择的8个望眼镜位于海拔较高的地方，降水量很小，所有晴天的概率都很高。

此外，所有的望眼镜都必须在时间上完全同步才能成功。

2017年4月4日，北京时间，事件视野望远镜开始拍摄，将视野投向宇宙。最终观察结束于4月11日，美国东部时间。

在观察期间，每个射电望远镜收集并记录目标黑洞附近的射电波信号，然后集成到事件视野中的图像。

沈志强说：“为了保证信号的稳定性，视面望眼镜采用原子钟，保证望眼镜在时间上同步收集和记录信号。”

冲洗照片

给黑洞拍照并不容易，“洗照片”更耗时长。

射电望远镜不能直接使用“见到”黑洞，但它们会收集大量关于黑洞的数据信息，并用数据向科学家描述黑洞的样子。

观察结束后，每个网站收集的数据将被收集到两个数据中心（位于麻省大学天文台和德国波恩的马普射电站）。在那里，根据硬盘记录的数据，超级计算机在补偿电磁波到达不同望远镜时差后，将所有数据集成并进行校正分析，从而产生黑洞高分辨率图像。

之后，经过近两年的时间，“清洗”，2019年4月10日，人类历史上第一张黑洞照片终于上映。