何其幸運,我們是第一批看到黑洞的人類

2021-01-13 中國江蘇網
 新華社發

  4月10日,「事件視界望遠鏡」(Event Horizon Telescope,簡稱EHT)項目在美國華盛頓、中國上海和臺北、智利聖地牙哥、比利時布魯塞爾、丹麥靈比和日本東京同時召開新聞發布會,以英語、漢語、西班牙語、丹麥語和日語發布一項重大成果——人類有史以來獲得的第一張黑洞照片。

  本報記者昨來到中國科學院上海天文臺新聞發布會現場,與中國科學家共同見證這一歷史時刻。當黑洞照片呈現在面前時,全場立即驚呼又瞬間肅然,此後是掌聲雷動!

  宇宙是神秘而美麗的。我們從這裡望見什麼?不僅是黑洞,更是人類科學智慧:大膽假設、小心求證。

  這是人類科學不斷求索挑戰未知的漫漫長路,亦是全球科學家攜手求證的見證,更是面向永無止境的科學探索的再出發。何其幸運,我們是第一批看到「黑洞」的人類。

  穿越5500萬光年,

  史上首張黑洞照片近在眼前

  「5、4、3、2、1……」激動人心的讀秒後,終於在北京時間4月10日晚9時07分,黑洞照片在中科院上海天文臺發布會現場大屏幕上亮相。

  如果要評選出2019年最有價值和最受期待的照片,那麼非這張照片莫屬。照片「主角」是室女座超巨橢圓星系M87中心的超大質量黑洞,其質量是太陽的65億倍,距離地球大約5500萬光年,它是人類拍攝的首張黑洞照片,它是黑洞存在的直接「視覺」證據。

  細看照片,其中展示了一個中心為黑色的明亮環狀結構,看上去有點像甜甜圈,其黑色部分是黑洞投下的「陰影」,明亮部分是繞黑洞高速旋轉的吸積盤。參與國際合作的中方科學家、中國科學院上海天文臺臺長沈志強解釋,由於運動導致的都卜勒效應,黑洞一邊亮,一邊暗。而且大家看到的顏色不是真的顏色,因為那是射電波,沒有顏色。天文學家用顏色來描繪,是「偽色成像」。

  照片發布的那一霎那,全場觀眾掌聲持續了一分多鐘,身邊的相機和手機快門聲響個不停,大家第一時間把黑洞的照片轉發朋友圈,現場有人評論說像笑臉,也有人驚呼有生之年看到真是萬幸。

  「我們已經完成了上一代人認為不可能做到的事情!」項目主任、美國哈佛-史密森天體物理學中心的謝潑德杜勒曼在美國華盛頓同步進行的新聞發布會上總結說,「技術的突破、世界上最好的射電望遠鏡之間的合作、創新的算法都匯聚到一起,打開了一個了解黑洞的全新窗口。」

  再次證明,

  「愛因斯坦,你是對的!」

  「這是人類獲得關於黑洞的第一個直接視覺證據,證實了愛因斯坦廣義相對論在極端條件下仍然成立,也將幫助回答星系中的壯觀噴流如何產生並影響星系演化等諸多前沿問題。」沈志強接受本報記者採訪時說。

  繼4年前科學家捕捉到「引力波」之後,此次的黑洞照片,再一次有力地證實了愛因斯坦廣義相對論的猜想,我們對黑洞的親密接觸,從「聽到」變成了「看到」。「愛因斯坦說對了。」中科院上海天文臺副臺長袁峰接受本報記者採訪時表示,隨著黑洞理論和觀測的不斷發展、相互促進,我們會不斷更新對星系演化的認識,接下來,我們有望通過黑洞照片,試圖理解大質量黑洞「噴流」現象的形成。

  「黑洞是時空盡頭,存在一些我們想破解的謎團。首次給黑洞拍照可能幫助我們朝著解開這些謎更進一步。」項目科學委員會主席、荷蘭奈梅亨大學教授海諾法爾克在全球同步進行的新聞發布會上表示。

  解密黑洞照片背後的全球故事

  「事件視界望遠鏡」項目起源於2006年,來自全球60多個研究機構的200多位科學家們開展了一項雄心勃勃的龐大觀測計劃——給黑洞拍攝一張照片。

  項目艱難在哪裡?沈志強告訴記者,創建EHT是一項艱巨的挑戰,需要升級和連接部署八個現有的射電望遠鏡來組成全球網絡,而這些望遠鏡分布在各種具有挑戰性的高海拔地區,包括火山、沙漠以及南極點。而且拍攝時要求所有的望遠鏡所在地不能有陰雨天氣,這樣的巧合少之又少。2017年,全球6地共8個望遠鏡開始觀測拍攝,並整整用了兩年的時間才「衝洗」完畢。

  為什麼照片「衝洗」要兩年?沈志強解釋,由8個望遠鏡虛擬的大望遠鏡陣列並非直接拍出了黑洞的圖像,而是給出了許多數據,必須經歷複雜的計算機處理過程。由於數據量實在太大,以至於網絡傳輸都太慢了,於是EHT採用了最傳統的方法——「物理運輸」:這些硬碟被空運至被稱作相關器的高度專業化超級計算機進行合併處理。這些超級計算機位於馬普射電所和麻省理工學院海斯塔克天文臺。在那裡,合作開發的新型計算工具將精心處理數據並轉換為圖像。

  本次發布的照片為什麼看起來比較模糊?和光學照片的清晰度問題一樣,根源在於解析度。中國科學院上海天文臺研究員路如森表示,要想提高望遠鏡的解析度,需增加望遠鏡的有效口徑。這次通過VLBI技術對全球8個不同地方的望遠鏡進行聯網得到了一個口徑達1萬公裡的望遠鏡。然而,儘管現在的亞毫米望遠鏡基線已經達到了1萬公裡,但空間解析度剛達到黑洞視界面的尺寸,所以在科學家們觀測的有限區域內,就相當於只有有限的幾個像素,最終呈現的照片看起來比較模糊。

  中國科學家,

  科學共同體中的「重要身影」

  這次的黑洞照片由EHT項目和中國科學院共同發布,這是國際天文學家們共同協作完成的一個重大成就,也是一個令全球矚目的重大成果。比利時布魯塞爾、智利聖地牙哥、中國上海和臺北、日本東京和美國華盛頓六地,以英語、西班牙語、漢語和日語四種語言進行了同步直播。

  這一激動人心的成果,也受到了中國科學院天文大科學中心(CAMS)的支持,CAMS由中國國家天文臺、紫金山天文臺和上海天文臺共同建立,是EHT的一個合作機構(EHT共有3個合作機構)的成員。上海天文臺牽頭組織協調國內學者通過該合作機構參與此次EHT項目合作,參與了位於美國夏威夷的東亞JCMT望遠鏡對黑洞的觀測,多名中國學者是此次黑洞照片相關論文的作者。中國科學院國家天文臺副臺長薛隨建指出,這次「算是重在參與」,但為在相關科研領域「機制性參與國際合作組織、逐漸發揮越來越重要的作用,做出了良好的示範」。

  本報記者從現場獲悉,中國共有16位科學家參與了該項目,其中10位科學家來到了現場。中國科學家運營了EHT望遠鏡,在觀測上有貢獻,此外,在數據分析方面也有關鍵性的貢獻,多位中國科學家定期討論,分析觀測結果。

  毫無疑問,「在中國科學界參與的30米望遠鏡(TMT)等其他重大國際項目中,那些可預期和不可預期的重大發現將更加激動人心。」薛隨建接受記者採訪時說。

  回顧與國際同行共同拍出人類首張黑洞照片的經歷,路如森說:「作為長期深度參與『事件視界望遠鏡』國際合作的中國研究人員,我覺得這張黑洞照片是科學共同體的努力結果。科學對人類發展至關重要,人類的科學共同體也是人類命運共同體的重要組成部分。」

  記者 沈崢嶸 王夢然 張 宣

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