陳芳 董瑞豐 王琳琳

2019年4月10日，人類終于看見黑洞真容！

這張?jiān)谌蚨嗟赝焦嫉摹按笃保C實(shí)了神秘天體黑洞的存在，也使得愛因斯坦的百年猜想終得檢驗(yàn)！

經(jīng)過10多年準(zhǔn)備，四大洲8個觀測點(diǎn)組成虛擬望遠(yuǎn)鏡網(wǎng)絡(luò)——一個如同地球直徑大小的事件視界望遠(yuǎn)鏡，在集齊所有觀測數(shù)據(jù)并深度分析后，讓黑洞終于擁有了一張“正面照”。

為何要給黑洞拍照？獲得這張照片有多難？人類合作探究宇宙還將揭示哪些新的奧秘？新華社記者第一時間采訪了參與國際合作的中外科學(xué)家，對此作出解答。

首次“看到”黑洞：愛因斯坦說對了

浩瀚星空中，黑洞是極神秘又惹人遐思的天體。

它，“吞噬”一切，連光也無法逃脫。它，體積小、質(zhì)量大，可以彎曲周圍的時空。它的“前世今生”帶著重重謎團(tuán)，讓人好奇無比。

百余年來，人類探尋黑洞奧秘的腳步從未停歇。

從愛因斯坦的廣義相對論率先預(yù)言黑洞的存在，到惠勒提出“黑洞”概念，再到霍金提出“黑洞是時空的扭曲者”……科學(xué)家們?nèi)找嫦嘈?，宇宙中存在許多大小不一的黑洞，甚至在銀河系的中心就有一個超大黑洞。

多年來，一些間接證據(jù)陸續(xù)證實(shí)黑洞的存在，人類不斷插上科幻翅膀勾畫黑洞容顏。

科幻電影也在不斷“幻想”黑洞影像。在電影《星際穿越》中，黑洞“卡岡圖雅”是那深不見底的黑色中心與明亮立體的氣體圓圈。

就在4年前，兩個黑洞合并產(chǎn)生的引力波信號被科學(xué)家“捕捉”到，成為科學(xué)界的一個里程碑事件，人類開始“聽”到黑洞。

這一次，人類終于眼見為實(shí)。

此次露出真容的黑洞，位于室女座一個巨橢圓星系M87的中心，距離地球5500萬光年，質(zhì)量約為太陽的65億倍。它的核心區(qū)域存在一個陰影，周圍環(huán)繞一個新月狀光環(huán)！

“觀測結(jié)果與理論預(yù)言非常一致，這證實(shí)在黑洞這樣的極端條件下，廣義相對論仍然成立?！敝袊茖W(xué)院上海天文臺臺長沈志強(qiáng)說，先輩科學(xué)家為我們這個世界搭建的理論模型，再次經(jīng)受住考驗(yàn)。

上海天文臺研究員路如森難掩興奮：“黑洞的暗影區(qū)域和光環(huán)，相當(dāng)于打開一扇窗，未來可以更好地重構(gòu)黑洞‘吞噬的物理過程，深入了解這個過程中發(fā)生的奇異事件?！?/p>

拍照難在哪？用難以想象的計(jì)劃 尋找“至暗信號”

給黑洞拍照的難點(diǎn)，在參與此次大科學(xué)計(jì)劃的專家眼中，可以用三個字來形容：“小”“暗”“擾”——細(xì)節(jié)太小，信號太暗，干擾太多。

黑洞如此遙遠(yuǎn)，尋找它如同從地球觀察月球上的一個橘子，需要的望遠(yuǎn)鏡口徑超乎想象。況且，這個望遠(yuǎn)鏡還要足夠靈敏，才能“看”得清極其微小的細(xì)節(jié)。

自400多年前伽利略發(fā)明望遠(yuǎn)鏡以來，人類科技水平的飛速提升讓望遠(yuǎn)鏡的口徑越來越大、“分工”越來越細(xì)。但要給黑洞拍照，依靠人類現(xiàn)有任何單個天文望遠(yuǎn)鏡都遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。

這是一個難以想象的大科學(xué)計(jì)劃：用分布全球的8個觀測點(diǎn)，組成一個口徑如地球直徑大小的虛擬望遠(yuǎn)鏡。條件苛刻的觀測點(diǎn)，包括夏威夷和墨西哥的火山、西班牙的內(nèi)華達(dá)山脈、智利的阿塔卡馬沙漠、南極點(diǎn)等。

要順利拍照，不僅要“看”得遠(yuǎn)，還要選對頻道?！皩诙闯上穸裕罴训牟ǘ芜M(jìn)行觀測至關(guān)重要，這個波段就在1毫米附近，成像的分辨率相當(dāng)于能在黑龍江漠河閱讀南沙群島上的一張報紙?！甭啡缟f。

不同的望遠(yuǎn)鏡各有所長。正是給黑洞拍照的這一特殊要求，讓包括“中國天眼”在內(nèi)的一些大型望遠(yuǎn)鏡“束手旁觀”。

專家解釋，這一波段的黑洞電磁波輻射最明亮，而背景“噪音”的干擾又最小。

拍照難，洗照也不易。望遠(yuǎn)鏡記錄下的海量數(shù)據(jù)，需要進(jìn)行復(fù)雜的后期處理和分析，才能獲取最終的黑洞圖像。

以2017年4月的觀測為例，每個臺站的數(shù)據(jù)率達(dá)到驚人的32GB/秒，8個臺站在5天觀測期間共記錄約3500TB的數(shù)據(jù)。專家表示，如果是像看電影一樣不間斷地看，這些數(shù)據(jù)至少需要500多年才能看完。

該國際合作項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、哈佛大學(xué)教授謝潑德·多爾曼表示，10多年來，正是技術(shù)的突破、新望遠(yuǎn)鏡的建成，最終使人類能夠“看到”黑洞。

躋身一流，中國成為國際科學(xué)合作重要參與者

從首張?jiān)卤痴掌绞讖埡诙凑掌?，人類觀測宇宙的新窗口正在不斷打開。在探索宇宙奧秘的征程中，中國也不斷貢獻(xiàn)著智慧。

我國科學(xué)家全程參與了給黑洞拍照這項(xiàng)國際合作，在早期推動這一項(xiàng)國際合作、望遠(yuǎn)鏡觀測時間申請、夏威夷望遠(yuǎn)鏡觀測運(yùn)行、后期數(shù)據(jù)處理和理論分析等方面均做出了貢獻(xiàn)。

沈志強(qiáng)說，基礎(chǔ)科學(xué)研究的國際合作是大勢所趨，但很多時候不能只靠經(jīng)費(fèi)投入“湊份子”，前期研究和人才積累是取得合作“話語權(quán)”的重要因素。

從“中國天眼”（FAST）到“世界巨眼”（SKA），從人類基因組測序到泛第三極環(huán)境研究，近年來，中國參與國際合作的廣度和深度不斷加大，在吸收世界創(chuàng)新養(yǎng)分的同時，也不斷貢獻(xiàn)中國智慧。

隨著全球射電天文學(xué)方興未艾，接連涌現(xiàn)類星體、脈沖星、星際分子和微波背景輻射四大天文發(fā)現(xiàn)。近年來，我國陸續(xù)建成多座射電望遠(yuǎn)鏡，口徑從25米到65米再到500米，從追趕到并跑，天文學(xué)研究開始逐步躋身一流。

“過去一二十年間，中國在射電天體物理學(xué)、天文學(xué)等領(lǐng)域取得了巨大進(jìn)展，在此次國際合作中做出了不可或缺的貢獻(xiàn)?！焙商m奈梅亨大學(xué)教授海諾·法爾克說，隨著中國的射電干涉測量和太空探索能力迅速增長，中國將成為國際科學(xué)合作的重要參與者。

黑洞的順利成像不是終點(diǎn)。

主持歐洲地區(qū)發(fā)布會的德國馬克斯·普朗克射電天文研究所所長安東·岑蘇斯強(qiáng)調(diào)，未來還將增加望遠(yuǎn)鏡的數(shù)量，甚至對新的黑洞進(jìn)行觀測，繼續(xù)驗(yàn)證廣義相對論的有關(guān)預(yù)測，借此了解星系的形成和演進(jìn)，為人類解開更多奧秘……

愛因斯坦說，科學(xué)是永無止境的，它是一個永恒之謎。

“在偉大夢想的支持下，人類科學(xué)探索的腳步，將永不停歇?！鄙蛑緩?qiáng)說。