人类史上首张黑洞照片。新华社发（事件视界望远镜项目组供图）
这注定是一个值得记住的时刻。北京时间4月10日21时，人类有史以来捕获的首张黑洞照片公之于世，长久以来“活在传说中”的黑洞终于显露真容。
这是人类第一次真真切切地“看”到黑洞。这张来之不易的黑洞照片，揭示了室女座星系团中超大质量星系M87中心的黑洞。这一黑洞距离地球5500万光年，质量为太阳的65亿倍。这一图像的捕获意味着，百年之前的爱因斯坦广义相对论得到了首次试验验证。
在比利时布鲁塞尔、智利圣地亚哥、中国上海和台北、日本东京和美国华盛顿，全球六地以英语、西班牙语、汉语和日语四种语言同步召开全球新闻发布会，宣布事件视界望远镜（EHT）项目取得的这一重大成果。记者在位于上海南丹路的中国科学院上海天文台，和中国科学家们一同见证了这一激动人心的时刻。
“这是一项由全球200多位科研人员组成的团队完成的非凡的科研成果。”EHT项目负责人、哈佛大学教授谢泼德·多尔曼（SheperdS.Doeleman）说，“我们已经取得了上一代人认为不可能做到的事情。技术的突破、世界上最好的射电天文台之间的合作、创新的算法都汇聚到一起，打开了一个关于黑洞和事件视界的全新窗口。”
神秘的黑洞背后有着太多秘密等待揭示，令一代代科学家为之着迷。首张黑洞照片透露了哪些信息？天文学家如何费尽周折为黑洞“拍照”，一步步“逼近”黑洞？这一图像的成功捕获意味着什么，将为全球科学研究带来怎样的突破？
黑洞，从预言走到眼前
黑洞是一种被极度压缩的宇宙天体，在一个很小的区域内包含着令人难以置信的质量。它具有超强引力，即便光也无法逃脱它的势力范围——这种天体的存在以极端的方式影响着周围的环境，让时空弯曲，并将周围的气体吸进来。在此过程中，气体的引力能转化成热能，气体的温度变得很高，会发出强烈的辐射。
1915年，阿尔伯特·爱因斯坦发表了广义相对论，以其天才的想象力预言了“黑洞”的存在。一年后，德国天文学家卡尔·史瓦西发表了第一个广义相对论方程的完全解，计算出了“史瓦西球体”的出现，这一版本的“黑洞”不带电荷，也不旋转。此后很长一段时间，科学家们尝试各种办法来验证“黑洞”是否真实存在。
在此次拍照前，科学家们通过各种间接证据来表明黑洞的存在：其一，恒星、气体的运动透露了黑洞的踪迹。黑洞的强引力会对周围的恒星、气体会产生影响，可以通过观测这种影响来确认黑洞的存在；其二，黑洞会吸积其势力范围里的一切物质，通过它“吃东西”发出的光来判断黑洞的存在；其三，通过看到黑洞成长的过程“看”见黑洞。
种种类似的证据，无不说明黑洞的真实存在。2015年，人类第一次听到了两个黑洞相互绕转合并所产生的引力波之声。但这些都还是间接的，科学家们迫切希望直接“看”到黑洞。这将给科学研究，包括理论解释带来巨大信心。
中国科学院上海天文台台长沈志强研究员告诉记者，“黑洞是一个特殊的天体，也是一种非常简单的天体，要描述它无非弄清楚三个指标：质量、电荷和自转。”天文学家们将宇宙中的黑洞根据质量分成三类：恒星级质量黑洞（几十倍至上百倍太阳质量）、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）。黑洞的势力范围，称作黑洞半径或事件视界（eventhorizon）。
广义相对论预言，由于黑洞的存在，人们将会看到中心区域存在一个由于黑洞视界而形成的阴影，周围环绕一个由吸积或喷流辐射造成的如新月状的光环。黑洞阴影则是人类能看到的最接近黑洞本身的图像。
“由于黑洞的尺寸正比于它的质量，黑洞质量越大，黑洞阴影越大。”沈志强说，此次拍照选择的主角——M87中心的黑洞质量巨大，又相对接近地球，是从地球上看过去角直径最大的黑洞之一，也因此成为黑洞成像的一个完美目标。
在天文学家捕获的首张黑洞照片中，黑洞仿佛沉浸在一片类似发光气体的明亮区域中。“我们预期黑洞会形成一个类似阴影的黑暗区域。这正是爱因斯坦广义相对论所预言的，可我们以前从未见过。”EHT科学委员会主席、荷兰奈梅亨大学教授海诺·法尔克（HeinoFalcke）解释，“这个暗影的形成，源于光线的引力弯曲和黑洞视界对光子的捕获。暗影揭示了黑洞这类迷人天体的很多本质，也使得我们能够测量M87中心黑洞的巨大质量。”
给黑洞拍照有多难
给黑洞拍照到底有多难？有人这样比方，“就像我们站在地球上去观看一枚放在月球表面的橙子。”
2012年就已参与黑洞观测的中国科学院上海天文台研究员路如森说，这个比方一点不夸张。给黑洞拍照有几大难点：首先是选择合适的拍照对象，然后要共同合作组成一个超级大望远镜，还必须在合适的观测波段——毫米波。“观看电视节目必须选对频道，对黑洞成像而言，在合适的波段进行观测至关重要。”他告诉记者，这对设备精度和灵敏度的要求极高，同时需要“天时地利”的配合。去年4月间的全球观测恰逢历史上最好的天气，取得的数据非常理想。
用什么样的“相机”才能实现给黑洞拍照的宏大计划？这一次的阵容堪称“地球级别”。全球科学界将分布在世界各地的8个射电望远镜（阵）“组合”起来，形成一个口径如地球大小的“虚拟”望远镜，所达到的灵敏度和分辨本领都是前所未有的。可以说，正是全球科学界同步的努力，让人类拍摄到有史以来首张黑洞照片。
路如森告诉记者，创建EHT是一项艰巨的挑战，需要升级和连接部署8个现有的射电望远镜来组成全球网络，这些望远镜分布在各具挑战性的高海拔地区——包括夏威夷和墨西哥的火山、亚利桑那州的山脉、西班牙的内华达山脉、智利的阿塔卡马沙漠以及南极点。科学家们在这些观测台站昼夜不停地记录、分析，2017年4月的EHT观测中每个台站的数据率达到惊人的32Gbit/s，8个台站在5天观测期间共记录约3500TB数据。如果是这么多电影的话，至少要几百年才能看完。
这一次给黑洞拍照到底有多精确？达到的分辨率约20微角秒。“相当于在巴黎的一家路边咖啡馆，可以读到纽约的报纸。”路如森打了这样一个比方。
