就在剛剛，北京時(shí)間4月10日21點(diǎn)，事件視界望遠鏡（EHT）在全球六地（上海、臺北、布魯塞爾、圣地亞哥、東京和華盛頓），共同發(fā)布了人類(lèi)觀(guān)測到的首張黑洞照片——室女座的橢圓星系M87中的超大質(zhì)量黑洞。
這個(gè)黑洞距離地球5500萬(wàn)光年，中心黑洞的質(zhì)量是太陽(yáng)的65億倍。
今天這一刻，我們都是人類(lèi)歷史的見(jiàn)證者。
黑洞到底是什么？
雖然對科學(xué)家來(lái)說(shuō)，黑洞有著(zhù)無(wú)窮的魅力，但對普通人來(lái)說(shuō)，可能很多人只聽(tīng)聞過(guò)黑洞的名號，卻不一定能清晰地說(shuō)出黑洞到底是什么？
人們對黑洞最常見(jiàn)的想象，是一個(gè)“黑色的洞”，那么黑洞到底是什么？
《一想到還有95%的問(wèn)題留給人類(lèi)，我就放心了》中提到，恒星（比如太陽(yáng)就是一顆恒星）可以理解為一個(gè)不斷爆炸中的熱核彈，而引力讓它一邊爆炸一邊不散架，它可以這樣維持數十億年之久。當燃料耗盡，恒星內部的壓力也就不復存在，在引力的作用下，它就會(huì )坍縮成一個(gè)黑洞。
《一想到還有95%的問(wèn)題留給人類(lèi)，我就放心了》
[巴拿馬] 豪爾赫 · 陳 & [美] 丹尼爾 · 懷特森 | 著(zhù)
茍利軍 張曉佳 郝小楠 | 譯
2018年12月 未讀 · 探索家 出品
黑洞就是這樣一個(gè)恒星死亡后形成的體積極小、密度極大的天體，它引力很強，會(huì )將周?chē)奈镔|(zhì)吸進(jìn)去，包括光也無(wú)法逃脫。
人類(lèi)是如何一步步接近黑洞的？
事實(shí)上，人類(lèi)對黑洞的探索早在18世紀就開(kāi)始了，對黑洞的了解貫穿了人類(lèi)科技飛速發(fā)展的近300年時(shí)間。
1796年，法國科學(xué)家拉普拉斯曾在他的《宇宙系統論》中做出一個(gè)猜想：在宇宙中有一種天體，它的引力非常強，以至于光線(xiàn)都無(wú)法逃脫，他把這類(lèi)天體稱(chēng)為“封閉星體”。這就是科學(xué)家對黑洞最原始的想法。
真正對于黑洞的推導，來(lái)自愛(ài)因斯坦在1915年發(fā)表的廣義相對論，在廣義相對論提出幾個(gè)月后，德國物理學(xué)家史瓦西推導出了廣義相對論球對稱(chēng)引力場(chǎng)的嚴格解，還提出了物體的史瓦西半徑的概念，當一顆恒星收縮到這一半徑大小時(shí)，就會(huì )變成黑洞。
△ NASA大天文臺錢(qián)德拉、哈勃和斯皮策聯(lián)合拍攝的這張圖中，我們銀河系中心的超大質(zhì)量黑洞位于右側的亮白色區域，圖自未讀 · 探索家《天體寫(xiě)真》
1962年，新西蘭物理學(xué)家羅伊 · 克爾解決了旋轉黑洞（即克爾黑洞）的引力場(chǎng)和時(shí)空問(wèn)題。而“黑洞”這個(gè)名稱(chēng)，直到1967年，才由美國理論學(xué)家約翰 · 阿奇博爾德 · 惠勒第一次提出。
但以上都僅僅是理論上的研究，能證明黑洞真正存在的證據出現在1971年：天體物理學(xué)家們探測到了天鵝座X-1，這個(gè)二元系統的特征表明它是由一個(gè)黑洞和一顆巨大恒星組成的。
△ 藝術(shù)家概念圖中的天鵝座X-1黑洞，圖自未讀 · 探索家《太空飛行課》
到目前為止，人類(lèi)觀(guān)察到的、有精確質(zhì)量測量的黑洞大約有20個(gè)，整個(gè)銀河系中可能有上億個(gè)黑洞存在。
本次照片是如何獲得的？
雖然有多重證據證明了黑洞的存在，但人類(lèi)仍舊想要直接“看”到它的真容。
還記得2015年刷屏的“引力波”，對這種兩個(gè)黑洞互相繞轉產(chǎn)生的引力波之聲的成功探測，讓科學(xué)界為之振奮。從那時(shí)起，科學(xué)家想要觀(guān)測黑洞的野心更加強烈了。
△ 哈勃觀(guān)測到的巨型橢圓星系M87的核心，天文學(xué)家們發(fā)現了明顯是從其核心發(fā)射出來(lái)的巨大噴流的新細節，這些觀(guān)測結果被解釋為超大質(zhì)量黑洞存在的確定性證據，圖自未讀 · 探索家《太空之眼》
2006年，由麻省理工學(xué)院聯(lián)合了30多個(gè)研究所的科學(xué)家，組建起了一個(gè)“EHT項目”。終于在2017年4月，他們對黑洞進(jìn)行了一場(chǎng)充滿(mǎn)雄心壯志的觀(guān)測。今天我們看到的“照片”，就是這次觀(guān)測的成果。
科學(xué)家們把8個(gè)射電望遠鏡陣列組成一個(gè)虛擬望遠鏡網(wǎng)絡(luò )，它們分布在地球的不同地點(diǎn)，北到西班牙，南到南極，同時(shí)對黑洞的視界面展開(kāi)觀(guān)測。
△ 8個(gè)望遠鏡分布示意圖
今天新聞里一直說(shuō)的“EHT”，就是這個(gè)虛擬的望遠鏡網(wǎng)絡(luò )，它又被稱(chēng)為“事件視界望遠鏡”，縮寫(xiě)為EHT（Event Horizon Telescope）。
EHT的主要觀(guān)測對象有兩個(gè)，分別是位于銀河系中的超級黑洞Sgr A*和位于室女座的橢圓星系M87中的巨大黑洞。
雖然這8個(gè)射電望遠鏡陣列花費高昂，且觀(guān)測陣仗極大，但今天的照片仍舊不是我們理解的“實(shí)時(shí)拍攝”到的。
△ “事件視界望遠鏡”的主要觀(guān)測站，位于智利的阿塔卡馬大型毫米波/亞毫米波陣列（ALMA）/Wikipedia
EHT的觀(guān)測，是通過(guò)收集到大量關(guān)于黑洞的數據信息，再把每個(gè)觀(guān)測點(diǎn)的數據匯集到數據中心由科學(xué)家們進(jìn)行分析比較，最終形成了這張圖像。
可以想到，EHT收集的信息量必然十分龐大，所以這次“沖洗”照片足足進(jìn)行了兩年之久。這也解釋了為什么2017年觀(guān)測到的“黑洞真容”，要等到今天才公布。
我們是怎么找到黑洞的？
可能你會(huì )覺(jué)得奇怪，黑洞的照片怎么會(huì )被拍到呢？眾所周知，眼睛得接收物體反射的光才能看見(jiàn)它們的樣子。而黑洞不會(huì )放過(guò)任何一縷試圖逃逸的光，所以黑洞注定無(wú)法被看到，隱匿于茫茫宇宙中。那天文學(xué)家是怎么確定這就是黑洞的呢？
其實(shí)，在《給好奇者的暗黑物理學(xué)》一書(shū)中有提到，在光線(xiàn)和物質(zhì)都無(wú)法逃逸的區域外有一個(gè)球形的表面，這個(gè)表面就是黑洞的邊界，也就是黑洞的“事件視界”。
《給好奇者的暗黑物理學(xué)》
[法] 羅蘭 · 勒烏克 & [法] 文森特 · 博滕斯 丨著(zhù)
張芳 丨 譯
2018-9 未讀 · 探索家
在某些時(shí)候，恒星量級（從3個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量到100個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量大?。┑暮诙磿?huì )存在于一個(gè)恒星周?chē)?，將恒星的氣體“吸”到自己身邊，在事件界面上產(chǎn)生一個(gè)圍繞黑洞旋轉的氣體盤(pán)，即吸積盤(pán)。
當吸積氣體過(guò)多，一部分氣體在掉入黑洞視界面之前，會(huì )像飛速旋轉的轉盤(pán)上的水一樣，被沿著(zhù)轉動(dòng)方向拋射出去，形成噴流。
而吸積盤(pán)和噴流兩種現象中的氣體，都會(huì )因摩擦而發(fā)出耀眼的光亮，所以很容易被科學(xué)家探測到，黑洞的藏身之處也就因此暴露了。
如果我們在黑洞視界，會(huì )有怎樣的感受？
在很多人看來(lái)，黑洞仿佛是一個(gè)可以吞噬一切的宇宙怪物，其實(shí)并非如此，只有在黑洞視界這個(gè)界面附近，才會(huì )出現黑洞特有的時(shí)空變形。所以當你身處黑洞視界時(shí)，你會(huì )感受到一種對腳和頭的奇怪而強烈的拉伸感。
在經(jīng)典物理學(xué)中，重力的強度取決于物體之間的距離，就像地球上靠近月亮的地方會(huì )比較遠的區域更容易受到月亮的吸引，從而形成海水的潮起潮落一樣，我們的腳因為比我們的頭更接近地球的中心，所以受地球的吸引也就更強，而兩者之間的引力差就會(huì )形成一個(gè)拉伸的力量。但因為在地球表面，這個(gè)力的強度非常微弱，不到你體重的百萬(wàn)分之一，所以千萬(wàn)別指望你會(huì )因此變高。
但在黑洞視界附近時(shí)，這種差異就很明顯了，如果面對的是一個(gè)質(zhì)量為10個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞的話(huà)，你感受到的牽引力就好像是你被吊起來(lái)，而整個(gè)巴黎地區的人都掛在你的腳踝上一樣。
關(guān)于太空知識，你還可以讀：
《太空之眼：哈勃望遠鏡25年太空探索全紀錄》
大衛 · 德沃金 & 羅伯特 · 史密斯 丨 著(zhù)
孫正凡 丨 譯
2016-11 未讀 · 探索家
《天體寫(xiě)真： 高清天文攝影之美》
[英] 羅德里 · 埃文斯 丨 著(zhù)
孫正凡 丨 譯
2017-10 未讀 · 探索家
《給忙碌者的天體物理學(xué)》
尼爾 · 德格拉斯 · 泰森 丨 著(zhù)
孫正凡 丨 譯
2018-6 未讀 · 探索家
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