一文读懂：首张黑洞照片怎么拍的？
据人民日报报导，大量天文观测数据已证实，在浩瀚的宇宙当中，有无数的黑洞谜样地藏身于各星系中。但人类却未曾必要“看”到过黑洞，并不知道它的现实模样。
为了能一睹黑洞真容，2017年4月5日到14日之间，来自全球30多个研究所的科学家们启动了一项雄心勃勃的可观观测计划。他们将产于于全球有所不同地区的8个射电望远镜阵列构成一个虚拟世界望远镜网络，期望利用其捕捉黑洞影像。
最后，科学家们顺利摄制到了黑洞的第一幅“照片”。北京时间2019年4月10日21时，这张照片在美国华盛顿、中国上海和台北、智利圣地亚哥、比利时布鲁塞尔、丹麦灵比和日本东京六地同时公布。
传说中的黑洞再一揭露谜样面纱。人类有史以来的第一张黑洞照片是如何摄制的，记者为您揭露整个过程。
了解黑洞理论上，黑洞是爱因斯坦广义相对论应验不存在的一种天体。它具备的极强引力使得光也无法脱逃它的势力范围，该势力范围称为黑洞的半径或称为事件视界。那么，黑洞是怎么构成的？像宇宙万物一样，恒星也不会凋亡丧生。一些大质量恒星在核聚变反应燃料消耗时，内核不会急遽坍缩，所有物质较慢的向着一个点塌缩，最后塌缩成一颗黄豆大小的奇点，并构成一个强劲的力场漩涡，变形周围时空，沦为黑洞。
宇宙中，根据质量天文学家们将宇宙中的黑洞分为三类：恒星级质量黑洞（几十倍—上百倍太阳质量）、超大质量黑洞（几百万倍太阳质量以上）和中等质量黑洞（介于两者之间）。根据理论推算出，银河系中应当不存在着上千万个恒星量级的黑洞。
然而，因为黑洞自身不升空和光线电磁波，仪器和肉眼都无法必要观测到它。既然无法“看到”，那怎么就告诉它不存在呢？天文学家们主要是通过各种间接的证据。中国科学院上海天文台研究员沈志强：“主要有三类代表性证据。
一是恒星、气体的运动透露了黑洞的踪迹。黑洞有强劲引力，对周围的恒星、气体不会产生影响，于是我们可以通过观测这种影响来证实黑洞的不存在。二是根据黑洞白矮星物质，也就是不吃东西时收到的光来辨别黑洞的不存在。
第三则是通过看见黑洞茁壮的过程‘看’闻黑洞。”到目前为止，通过间接的观测，科学家们在银河系找到和证实了20多个恒星级质量黑洞，但有可能有上千万个恒星级黑洞候选体。
沈志强说道：“宇宙每个星系中心都有一个超大质量的黑洞。我们居住于的银河系中心就有一颗，它的质量约是太阳质量的400多万倍。除此之外，银河系还有很多恒星级黑洞。
”这些谜样的黑洞和宇宙的问世和进化有何关系？它和所在的星系之间又有什么关系？它又和我们人类有什么关系，不会会对我们的生活产生影响？……为了更加精确明晰地答案这些问题，科学家们想要必要“看”到黑洞。打算“照相机”广义相对论应验，虽然黑洞本身不闪烁，但因为黑洞的不存在，周围时空倾斜，气体被更有行踪。气体行踪至黑洞的过程中，引力能转化成为光和热，因此气体被冷却至数十亿度。
黑洞就像沉浸于在一片类似于闪烁气体的暗淡区域内，事件视界看上去就像阴影，阴影周围环绕着一个由白矮星或喷流电磁辐射导致的如新月状的光环。爱因斯坦的广义相对论已预测过这个“阴影”的不存在，以及它的大小和形状。科学家们希望这次能必要捕捉到这个黑洞“阴影”的图像。
中国科学院上海天文台研究员路如森说道：“对黑洞阴影的光学将能获取黑洞不存在的必要‘视觉’证据。”路如森说道：“这就必需要确保望远镜充足灵敏，能辨别的细节充足小，从而能确保看获得和看得清。
”但符合上述所有条件，望远镜的口径必须像地球大小。然而，目前地球上有数的单个望远镜仅次于口径也只有500米。
那该怎么办？聪慧的天文学家们想起了一个好办法——做强强联合。把地球上现有的一些望远镜“人组”一起，就需要构成一个口径如地球大小的“虚拟世界”望远镜，其所超过的灵敏度和分辨本领都是前所未有的。于是，全球多达200名科学家达成协议了“事件视界望远镜”（EHT）这一根本性国际合作计划，要求利用甚宽基线干预测量技术。沈志强说道：“就是利用多个坐落于有所不同地方的望远镜在刚好展开牵头观测，最后将数据展开相关性分析之后拆分，这一技术在射电波段已非常成熟期。
”最后，科学家们指定了来自全球多地的还包括南极望远镜等8个亚毫米射电望远镜。路如森说道：“它们多数都是单一望远镜，比如夏威夷的JCMT和南极望远镜。也有望远镜阵列，比如ALMA望远镜是由70多个小望远镜包含。
”指定目标在重新组建大型虚拟世界望远镜的同时，科学家们也在找寻着适合的摄制目标。黑洞剪影和周围环绕着的新月般光环是十分十分小的。在照片设备能力受限的情况下，要想要摄制到黑洞照片，必需寻找一个看上去角直径充足大的黑洞作为目标。
科学家们征选了一圈之后，要求将邻接的两个黑洞作为主要目标：一个是坐落于人马座方向的银河系中心黑洞SgrA＊，另一个则是坐落于射电星系M87的中心黑洞M87＊。沈志强说道：“由于黑洞事件视界的大小与其质量成正比，这也意味著质量越大，其事件视界越大。
我们指定的这两个黑洞质量都超级大，它们的事件视界在地球上看上去也是仅次于的，可以说道是目前拟合的光学候选体。”尽管如此被自由选择的两个黑洞已是拟合光学候选体，但要明晰为它照片，可玩性还是极为大。SgrA＊黑洞的质量约相等于400万个太阳，所对应的视界面尺寸大约为2400万公里，相等于17个太阳的大小。然而，地球与SgrA＊距离2万5千光年（大约24亿亿公里）之遥。
沈志强说道：“这就意味著，它极大的视界面在我们显然，大约只有针尖那么小，就像我们车站在地球上去观赏一枚放到月球表面的橙子。”M87中心黑洞的质量更加极大，超过了60亿个太阳质量。尽管M87中心黑洞与地球的距离要比SgrA＊与地球之间的距离更加近，但因质量可观，所以它的事件视界对科学家们而言，有可能跟SgrA＊大小差不多，甚至还要略为大那么一点儿。
调试照相机要想要看清楚两个黑洞事件视界的细节，事件视界望远镜的空间分辨率要超过充足低才讫。要多低呢？路如森说道：“比哈勃望远镜的分辨率高达1000倍以上。”但也别以为，只要虚拟世界望远镜阵列的分辨率充足低，就一定能顺利给黑洞照片。
实际情况并没有那么非常简单！如同观赏电视节目必需选对频道一样，对黑洞光学而言，需要在适合的波段展开观测至关重要。此前的一系列研究指出，观测黑洞事件视界“阴影”的最佳波段是大约为1毫米。
路如森说道：“因为气体在这个波段的电磁辐射最暗淡，而且射电波也可以不被挡住地从银河系中心传播到地球。”在这种情况下，望远镜的分辨率各不相同望远镜之间的距离，而非单个望远镜口径的大小。为了减少空间分辨率，以看清楚更加细小的区域，科学家们在此次展开观测的望远镜阵列里减少了坐落于智利和南极的望远镜。
沈志强说道：“这样设置是为了要确保所有8个望远镜都能看见这两个黑洞，从而超过最低的灵敏度和仅次于的空间分辨率。”月摄制8个望远镜北至西班牙，南至南极，它们将向指定的目标撒出一条大网，捞回海量数据，为我们勾勒出有黑洞的模样。留下科学家们的观测窗口期十分一段时间，每年只有约10天时间。
对于2017年来说，是在4月5日到4月14日之间。除了观测时间上的容许，摄制对天气条件拒绝也十分严苛。“因为大气中的水对这一观测波段的影响很大，水会影响射电波的强度，这意味著降水不会阻碍观测。
”沈台说道，“要想要视界面望远镜成功观测，必须所有望远镜所在地的天气情况都十分好。”按照拒绝，计划自由选择的8个望远镜所在之处皆是坐落于海拔较高，降雨量很少，全部晴天的概率十分低。此外，要光学顺利还必需拒绝所有望远镜在时间上几乎实时。
北京时间2017年4月4日，事件视界望远镜启动摄制，将视线投向了宇宙。最后的观测完结于美国东部时间4月11日。观测期间，每一个射电望远镜都搜集并记录来自于目标黑洞附近的射电波信号，这些数据然后被构建用作取得事件视界的图像。
沈志强说道：“为了保证信号的稳定性，事件视面望远镜利用原子钟来保证望远镜搜集并记录信号在时间上实时。”冲洗照片给黑洞拍张照片不更容易，“洗照片”堪称耗时漫长。
射电望远镜无法必要“看见”黑洞，但它们将搜集大量关于黑洞的数据信息，用数据向科学家们叙述出有黑洞的样子。在观测完结之后，各个站点搜集的数据将被汇聚到两个数据中心（分别坐落于美国麻省Haystack天文台和德国波恩的马普射电所）。在那里，超级计算机通过音频硬盘记录的数据，在补偿无线电波到达有所不同望远镜的时间差后将所有数据构建并展开校准分析，从而产生一个关于黑洞高分辨率影像。
此后，经过宽约两年的“冲洗”，2019年4月10日，人类历史上首张黑洞照片再一问世。
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