本報記者趙覺珵　趙雨笙

編者按：10日，一個爆炸性的重大消息轟動了全球天文界——在全球多地同步發(fā)布了人類首次拍攝的黑洞照片。這個在科幻類影視作品和霍金等科學家的字典中高頻出現(xiàn)的燒腦詞匯到底是什么呢？首張將黑洞真身公之于眾的照片又是怎么拍出來的呢？對于黑洞的研究真的可以幫助人類進行星際穿越嗎？針對這些話題，《環(huán)球時報》記者10日采訪了多位中國知名天文學家。

黑洞，是個“黑色的洞”嗎？

時空中的無底深淵、深藏不露的引力陷阱……在史蒂芬·霍金的科學名著《時間簡史》中，黑洞是宇宙中最為神秘的天體之一。但黑洞真的如字面含義就是一個“黑色的洞”嗎？霍金曾在演講中明確表示，“黑洞不是黑的”。那黑洞到底是什么樣呢？

“首先，黑洞不是洞，它是一個球體”，北京大學地球與空間科學學院教授焦維新10日對《環(huán)球時報》記者解釋稱，黑洞是大型恒星衍變到后期的結(jié)果，經(jīng)過膨脹、坍縮，其內(nèi)部壓力變得極為龐大，密度可以達到每立方厘米的質(zhì)量幾十億噸，而且?guī)缀跛匈|(zhì)量都集中在最中心的“奇點”處。這樣龐大的密度導致在黑洞周圍的一定區(qū)域內(nèi)，連光也無法逃逸出去，這個邊界稱為“事件視界”。而沒有光，人類也就無法看見黑洞。

人類關(guān)注黑洞的歷史可以追溯到18世紀末。在萬有引力定律提出約百年后，英國科學家約翰·米歇爾在1783年首次提出，可能存在引力強大到連光線也無法逃離的“暗星”。1915年，愛因斯坦提出真正“預見”黑洞的廣義相對論。20世紀60年代，美國天體物理學家約翰·惠勒首次將“黑洞”作為一個科學術(shù)語提出，此后，科學界不斷收獲關(guān)于黑洞的研究成果。

中國科學院國家天文臺研究員陳學雷告訴《環(huán)球時報》記者，目前人們知道的黑洞有兩種，一種是恒星級黑洞，另一種是超大質(zhì)量黑洞，后者一般位于星系中心，最小的也相當于幾十萬或上百萬個太陽的質(zhì)量。此次被拍照的主要是兩個黑洞：位于銀河系中心的“人馬座A*”黑洞；M87星系中心的黑洞。根據(jù)理論推算，銀河系中恒星量級的黑洞有上千萬個。天文學界認為，許多星系中央都有超大質(zhì)量黑洞?！?/p>

什么“神器”能給黑洞拍照？

數(shù)十年來始終神秘莫測的黑洞10日第一次展現(xiàn)在人們面前，其背后是全球200多名研究人員、8處大型天文望遠鏡陣列歷時兩年的努力。那能給黑洞這個巨大的家伙拍照的“神器”是個什么樣子呢？

“事件視界望遠鏡”（EHT）并不是一個傳統(tǒng)觀念的觀測平臺，而是由位于美國、墨西哥、智利、法國、格陵蘭島和南極的天線組成觀測陣列，包括8處獨立的大型天文望遠鏡陣列。這些望遠鏡從南到北橫跨7000公里左右，兩者之間最遠距離超過1萬公里。科研人員利用這些分布在世界各地的天文望遠鏡，組成一臺巨大的虛擬望遠鏡，其口徑相當于地球直徑，因此EHT也被稱為“地球一樣大的望遠鏡”。

中國科學院國家天文臺研究員陳學雷對《環(huán)球時報》記者介紹稱，EHT利用了射電甚長基線干涉（VLBI）技術(shù)，之所以需要多個望遠鏡合作，是為了增加望遠鏡之間的距離，從而增加角分辨率，以獲得更強的解析力。EHT的多個望遠鏡之間由于距離夠遠，才能觀測遙遠的黑洞，這是任何一座望遠鏡或是一個國家的望遠鏡都無法完成的任務。

黑洞不發(fā)光，科學家們是怎么觀測到它的呢？事實上，人們看到的并非是黑洞真正形象，圖像中發(fā)光的部分是黑洞吸引下的氣體。由于黑洞的存在以極端的方式影響著周圍環(huán)境，讓時空彎曲，并將周圍的氣體吸引進來，在此過程中，氣體的引力能轉(zhuǎn)化成熱能，因此氣體的溫度變得很高，會發(fā)出強烈的輻射，得以讓天文望遠鏡從遙遠的地球觀測到上述景象。陳學雷表示，科研人員無法看到黑洞，但通過給它在周圍天體上投射的陰影拍照，從而得出黑洞的第一張照片?！?/p>

影視作品中的黑洞更炫酷

很多人對于黑洞的直觀印象基本都來自科幻電影等影視作品。而這些科幻作品中所詮釋的黑洞其實大都不是太科學，但不可否認它們在普及黑洞這個天文概念中起到了非常重要的作用。

就黑洞而言，科幻小說作家和科幻電影編劇總能通過科學家對黑洞有限的認知理論構(gòu)思出天馬行空的腳本。比如美國早年拍攝的科幻電影《黑洞》《黑洞表面》等作品，普遍帶有一定的暗黑色彩，重在渲染黑洞有著吞噬一切的可怕力量。

不過最接近學界對黑洞科學認知的是2015年上映的科幻電影《星際穿越》。由物理學家、諾貝爾獎獲得者基普·索恩親自參與設計的黑洞圖像一度被認為是最接近真實黑洞的影像。該片導演諾蘭曾經(jīng)驕傲地表示，此前的科學家都未曾給黑洞和蟲洞建過模，但《星際穿越》做到了這一點。片中的黑洞“卡岡圖雅”周圍被吸過去但逃脫一劫的光在黑洞的陰影附近展現(xiàn)出人意料的復雜特征圖譜，而發(fā)光的吸積盤則在黑洞的上下方以及前方出現(xiàn)。

影片主角進入黑洞后發(fā)現(xiàn)自己置身于房屋書架后面，這種構(gòu)思設計已經(jīng)超越了大眾所理解的四維空間范疇?！?/p>

我們成為首批“看到”黑洞的人

在全球熱切盼望中，全球多地同步發(fā)布了人類首張黑洞照片。

北京時間10日晚9時，在美國華盛頓、中國上海和臺北、智利圣地亞哥、比利時布魯塞爾、丹麥靈比和日本東京同步召開的新聞發(fā)布會上，人類拍攝到的第一張黑洞圖像終于披露。此次發(fā)布的黑洞圖像揭示了室女座星系團中超大質(zhì)量星系M87中心的黑洞，其距離地球5500萬光年，質(zhì)量為太陽的65億倍。

照片中，在溫暖而神秘的紅色光環(huán)中間是一片深黑的無底洞。圓環(huán)的一側(cè)亮一些，另一側(cè)暗一些。專家強調(diào)，在圖像中，光環(huán)的內(nèi)邊界也并不是黑洞的視界，真正的黑洞還在這片陰影之中。

與人們的預想相比，黑洞的真實影像似乎有些模糊。但中國科學院國家天文臺研究員陳學雷對《環(huán)球時報》記者表示，“這樣的成像已經(jīng)相當不錯了，畢竟距離地球那么遙遠”。哈佛-史密森天體物理學中心的EHT項目主任謝潑德·杜勒曼表示，“我們已經(jīng)取得了一代人以前認為不可能做到的事情。”

對于這張照片為何洗了兩年才對外發(fā)布，茍利軍表示，首先，望遠鏡觀測到的數(shù)據(jù)量非常龐大。2017年時8個望遠鏡的數(shù)據(jù)量達到了10PB（10240TB），2018年又增加了格陵蘭島望遠鏡，數(shù)據(jù)量繼續(xù)增加。龐大的數(shù)據(jù)量讓數(shù)據(jù)處理的難度不斷加大。其次，在數(shù)據(jù)處理過程中，科學家也遭遇了不少技術(shù)難題——黑洞附近的氣體處于一種極端環(huán)境當中，其運動有著非常多的不確定性。

根據(jù)此前公布的消息，EHT項目主要觀測的對象是銀河系中心黑洞和M87星系中心黑洞，但此次發(fā)布會并未公布銀河系黑洞圖像。陳學雷告訴《環(huán)球時報》記者，根據(jù)其他國家研究人員透露的消息，銀河系中心黑洞的照片還在處理中。由于該黑洞的體積較小，活動較多，處理起來更加復雜。

作為一個全球參與的重要項目，EHT也少不了中國科學家的貢獻。中國科學院上海天文臺臺長沈志強表示，中國大陸共有16位科學家參與到EHT項目中，還有部分來自中國臺灣地區(qū)的研究人員也參與其中。雖然位于中國的天文望遠鏡沒有直接參與到此次觀測中，但由中國聯(lián)合運行的位于夏威夷的麥克斯韋望遠鏡（JCMT）是EHT聯(lián)合觀測網(wǎng)絡節(jié)點之一。此外，中方在EHT望遠鏡觀測時間的申請、后期的數(shù)據(jù)處理和結(jié)果理論分析等方面都作出了貢獻。▲

黑洞能否助人類星際穿越

黑洞這個讓天文學家興奮了近百年的燒腦概念，未來將會繼續(xù)向何處發(fā)展呢？是否真有可能會如同一些科幻電影中出現(xiàn)的場景，在某種特殊條件下可以成為供人類進行星際穿越的神秘時空隧道呢？

中國科學院國家天文臺研究員茍利軍對《環(huán)球時報》記者表示，有一些物理學家認為黑洞可以充當星際空間旅行通道的作用，知名物理學家斯蒂芬·霍金曾說，在黑洞的最中心，是平行宇宙的另外一個入口。通過黑洞，可以快速到達在地球上看起來非常遙遠的一個地方，或者另外一個平行宇宙。

陳學雷表示，即使是拍攝到了黑洞照片，人們對于黑洞的了解也仍然處于很初級的水平，距離人們想象中的“星際穿越”“時空旅行”可能還太過遙遠，目前看來這些設想基本沒有可能性。

盡管科學家們?nèi)绱死硇?，但網(wǎng)友們關(guān)于黑洞的“腦洞”一直都沒有關(guān)上過。在觀看過有關(guān)黑洞的科幻電影后，很多網(wǎng)友都開始討論“如果真的掉進黑洞，過程和看到的景象是《星際穿越》中所演的那樣嗎？”但一些天文學家認為，在人類和宇宙飛船進入黑洞前，就會被巨大的潮汐力撕碎。但BBC也曾報道稱，科學家認為，在你落入黑洞的一瞬間，現(xiàn)實將會被一分為二。在其中一種場景中，你將瞬間化為灰燼，而在另一種場景下，你幾乎毫發(fā)無損，并且這兩種情形可能都是真實的。

或許高深莫測的黑洞真的會有奇妙作用，科學家們對于它的探索也在繼續(xù)。EHT的參與方、德國馬克斯·普朗克射電天文研究所所長安東·岑蘇斯10日對媒體表示，未來會擴大陣列望遠鏡的數(shù)量規(guī)模，提高靈敏度和分辨率，繼續(xù)觀測兩個黑洞在不同階段的變化，甚至對新的黑洞進行觀察，拍攝新的、質(zhì)量更好的照片?！?/p>