[摘要]首张黑洞照片揭晓，人类第一次看到黑洞的视界面！它由有效口径相当于地球直径的望远镜阵列观测到，经过2年“冲洗”完成。
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人类首张黑洞照片问世 虚拟望远镜拍摄“冲洗”两年出片
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腾讯科技 文/乔辉
北京时间4月10日21点整，天文学家召开全球新闻发布会，宣布首次直接拍摄到黑洞的照片。这张照片来之不易，为了得到这张照片，天文学家动用了遍布全球的8个毫米/亚毫米波射电望远镜，组成了一个所谓的“事件视界望远镜”（Event Horizon Telescope，缩写EHT）。
从2017年4月5日起，这8座射电望远镜连续进行了数天的联合观测，随后又经过2年的数据分析才让我们一睹黑洞的真容。
人类首次直接拍摄到的黑洞照片
这颗黑洞位于代号为M87的星系当中，距离地球5500万光年之遥，质量相当于65亿颗太阳。
大家在平时阅读科学新闻、科普书籍以及观看科幻电影的时候，也经常能看到黑洞的样子，但其实都是根据科学理论推测出来的，并非直接观测。2014年，由诺兰执导的科幻电影《星际穿越》大热，在这部影片中，光环笼罩下的超大质量黑洞——“卡冈图亚“（Gargantua）令人心生敬畏，这里的黑洞形象是使用计算机模拟出来的。在著名理论物理学家吉普·索恩的指导下，这里的模拟已经非常接近真实了，但毕竟还是模拟，这次是玩真的了。
图注：科幻电影《星际穿越》中计算机模拟出的黑洞形象。
为什么能给不发光的黑洞拍照？
这些年，黑洞这个名词频频出现在媒体报道中，想必很多人都已经对它有些了解。恒星级质量的黑洞是由大质量恒星演化到末期核心发生引力坍缩而成。中等质量黑洞和大质量黑洞的形成的具体方式目前还没有定论：可能是由小黑洞合并形成，也可能是由黑洞通过吞噬物质逐渐形成，还可能是由大量气体物质直接坍缩形成。
黑洞给人印象最深刻的印象就是吞噬一切，甚至光线。如果是孤零零的黑洞，我们真的是没办法采用电磁波手段进行拍摄了。
黑洞模拟图
但通常都有物质环绕在黑洞周围，组成一个盘状结构，叫“吸积盘”。吸积盘内的物质围绕黑洞高速旋转，相互之间由于摩擦而发出炽热的光芒，包括从无线电波到可见光、到X射线波段的连续辐射。吸积盘处于黑洞“视界”的外部，因此发出的辐射可以逃逸到远处被我们探测到。
因此，我们拍摄到的不是黑洞本身，而是利用其边界上的物质发出的辐射勾勒出来的黑洞的轮廓，就像看皮影戏一样。
什么是黑洞的“事件视界”？
简单来讲，黑洞的事件视界（Event horizon）就是指围绕黑洞的一个时空边界，任何物质、甚至光线一旦越过这个边界，永远无法返回。但对于进入视界的物体来讲，其实感觉不到事件视界有什么奇异之处。除了事件视界，还有绝对视界和显视界之分，这里我们就不细说了。
我们通常说的黑洞的大小，其实就是指黑洞视界面的大小。如果把太阳压缩成一个黑洞，其视界半径仅3公里！如果把地球压缩成黑洞，其视界半径仅9毫米！没写错，是9毫米。
什么是“事件视界望远镜”？
文章开始我们提到，天文学家为了观测黑洞视界边缘上的物理过程，动用了分布在全球的8座毫米/亚毫米波射电望远镜，这些望远镜组成了一个虚拟的，口径接近整个地球的望远镜，这座虚拟的望远镜，称为“事件视界望远镜”。
图注：分布在全球的8座毫米波亚毫米波射电望远镜虚拟出一个地球大小的“事件视界望远镜”
从位于西班牙的口径30米的毫米波望远镜（IRAM 30-meter telescope），到位于夏威夷的两座射电望远镜，再到位于南极洲的南极望远镜（South Pole Telescope）等都参与了这场伟大的观测。这8座毫米/亚毫米波射电望远镜分别为：
位于西班牙内华达山脉的30米毫米波望远镜（IRAM 30m）；
位于美国亚利桑那州的海因里希·赫兹亚毫米波望远镜（SMT）；
位于墨西哥一座死火山顶部的大型毫米波望远镜（LMT）；
位于夏威夷的詹姆斯·克拉克·麦克斯韦望远镜（JCMT）；
位于夏威夷的亚毫米波阵（SMA）；
位于智利沙漠的阿塔卡马大型毫米波阵(ALMA）；
位于智利沙漠的阿塔卡马探路者实验望远镜（APEX；
位于南极阿蒙森·斯科特观测站的南极望远镜（SPT）；
图注：坐落于智利北部阿塔卡马沙漠中的大型毫米波阵列望远镜（ALMA)，是世界上该波段观测能力最强的望远镜阵列。
在这8座射电望远镜当中，要数阿塔卡马大型毫米波阵(ALMA）最为强大！ALMA位于智利北部的阿塔卡马沙漠中，海拔达5000米，那里终年干旱，为观测创造了良好的条件。目前，ALMA是由66架可移动的单体望远镜组成的干涉阵列，望远镜之间通过光纤传递信息。ALMA造价达14亿美元，是目前最为昂贵的地基望远镜之一。如果没有ALMA的加盟，观测黑洞的视界简直是不能完成的任务。
“事件视界望远镜”的工作原理是什么？
这个地球大小的虚拟望远镜利用的是一种叫“甚长基线干涉测量”（VLBI）的技术。它允许用多个天文望远镜同时观测一个天体，模拟一个大小相当于望远镜之间最大间隔距离的巨型望远镜的观测效果。为了弄明白这种原理，我们要简单了解一下这种技术的历史脉络。
1962年，英国剑桥大学卡文迪许实验室的马丁·赖尔（Martin Ryle）利用基线干涉的原理，发明了综合孔径射电望远镜，大大提高了射电望远镜的分辨率。其基本原理是：用相隔两地的两架射电望远镜接收同一天体的无线电波，两束波进行干涉，其等效分辨率最高可以等同于一架口径相当于两地之间距离的单口径射电望远镜。赖尔因为此项发明获得1974年诺贝尔物理学奖。
图注：美国的甚大天线阵（VLA）。每个天线重230吨，架设在铁轨上，可以移动。
