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、質量大，可以彎曲周圍的時空。它的「前世今生」帶著重重謎團，讓人好奇無比。
人類史上首張黑洞照片面世！北京時間10日晚9時許，包括中國在內，全球多地天文學家同步公布首張黑洞真容。這一由200多名科研人員歷時10餘年、從四大洲8個觀測點「捕獲」的視覺證據，有望證實愛因斯坦廣義相對論在極端條件下仍然成立。
首次「看到」黑洞
愛因斯坦的廣義相對論說對了
百餘年來，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」……科學家們日益相信，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，一些間接證據陸續證實黑洞的存在，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，兩個黑洞合併產生的引力波信號被科學家「捕捉」到，成為科學界的一個裡程碑事件，人類開始「聽」到黑洞。
這一次，人類終於眼見為實。
此次露出真容的黑洞，位於室女座一個巨橢圓星系M87的中心，距離地球5500萬光年，質量約為太陽的65億倍。它的核心區域存在一個陰影，周圍環繞一個新月狀光環！
「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。」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說，先輩科學家為我們這個世界搭建的理論模型，再次經受住考驗。
上海天文臺研究員路如森難掩興奮：「黑洞的暗影區域和光環，相當於打開一扇窗，未來可以更好地重構黑洞『吞噬』的物理過程，深入了解這個過程中發生的奇異事件。」
拍照難在哪兒？
用全球8個觀測點尋「至暗信號」
給黑洞拍照的難點，在參與此次大科學計劃的專家眼中，可以用三個字來形容：「小」「暗」「擾」——細節太小，信號太暗，幹擾太多。
黑洞如此遙遠，尋找它如同從地球觀察月球上的一個橘子，需要的望遠鏡口徑超乎想像。況且，這個望遠鏡還要足夠靈敏，才能「看」得清極其微小的細節。
要給黑洞拍照，依靠人類現有任何單個天文望遠鏡都遠遠不夠。
這是一個難以想像的大科學計劃：用分布全球的8個觀測點，組成一個口徑如地球直徑大小的虛擬望遠鏡。條件苛刻的觀測點，包括夏威夷和墨西哥的火山、西班牙的內華達山脈、智利的阿塔卡馬沙漠、南極點等。
要順利拍照，不僅要「看」得遠，還要選對頻道。「對黑洞成像而言，最佳的波段進行觀測至關重要，這個波段就在1毫米附近，成像的解析度相當於能在黑龍江漠河閱讀南沙群島上的一張報紙。」路如森說。
不同的望遠鏡各有所長。正是給黑洞拍照的這一特殊要求，讓包括「中國天眼」在內的一些大型望遠鏡「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」的幹擾又最小。
拍照難，洗照也不易。望遠鏡記錄下的海量數據，需要進行複雜的後期處理和分析，才能獲取最終的黑洞圖像。
躋身世界一流
中國成國際科學合作重要參與者
從首張月背照片到首張黑洞照片，人類觀測宇宙的新窗口正在不斷打開。在探索宇宙奧秘的徵程中，中國也不斷貢獻著智慧。
我國科學家全程參與了給黑洞拍照這項國際合作，在早期推動這一項國際合作、望遠鏡觀測時間申請、夏威夷望遠鏡觀測運行、後期數據處理和理論分析等方面均做出了貢獻。
沈志強說，基礎科學研究的國際合作是大勢所趨，但很多時候不能只靠經費投入「湊份子」，前期研究和人才積累是取得合作「話語權」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，在吸收世界創新養分的同時，也不斷貢獻中國智慧。
隨著全球射電天文學方興未艾，接連湧現類星體、脈衝星、星際分子和微波背景輻射四大天文發現。近年來，我國陸續建成多座射電望遠鏡，口徑從25米到65米再到500米，從追趕到並跑，天文學研究開始逐步躋身一流。
黑洞的順利成像不是終點。主持歐洲地區發布會的德國馬克斯·普朗克射電天文研究所所長安東·岑蘇斯強調，未來還將增加望遠鏡的數量，甚至對新的黑洞進行觀測，繼續驗證廣義相對論的有關預測，藉此了解星系的形成和演進，為人類解開更多奧秘……
簡介
▲
黑洞照片「主角」
坐標：室女座一個巨橢圓星系M87的中心
質量：為太陽的65億倍
距離：與地球相距約5500萬光年
形態：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
意義
▲
這次發現直接證明黑洞的存在
將進一步探索周圍氣體的運動
對於這次發現的意義，中國科學院大學教授，國家天文臺恆星級黑洞研究創新小組負責人苟利軍認為，最直接的意義就在於人類第一次直接確認了黑洞的存在，「此前有很多間接證據證明黑洞的存在，但不排除還有一絲是其他星體的可能性，這次的發現就能直接說明黑洞的存在。」
對於黑洞研究的下一步方向，苟利軍認為，科學家可能會進一步提高黑洞照片的清晰度，「這樣我們也可以去更進一步了解黑洞周圍的環境。」此外，他認為，黑洞周圍氣體的運動也將是科學家進一步探索的方向之一。
4問首張黑洞照片的拍攝
釋疑
▲
1.既然看不見，怎麼拍黑洞的照片？
雖然科學家們看不到黑洞的本體，但可以一直追溯到光子消失的「視界」，這是我們能「看到」的極限。
黑洞周圍的確會存在一些發光的現象，比如黑洞在吃掉周圍的恆星時，會將恆星的氣體撕扯到身邊，形成一個旋轉的吸積盤。黑洞有時候也會「打嗝」，一部分吸積氣體會沿轉動方向被拋射出去，形成噴流。
吸積盤和噴流都會因氣體摩擦而產生明亮的光線，以及其他頻段的輻射。
2.怎麼尋找黑洞？
科學家們可以通過黑洞對周圍天體的影響來間接地感受到它的存在，尤其是它巨大的引力造成的時空扭曲，就像可以通過月亮的繞行軌道和速度來間接推測地球的質量。
其次，上文提到過吸積盤和噴流會產生發光現象，伴隨其他頻段的輻射。
最後，黑洞與其他天體或另一個黑洞的相互作用會產生大量引力波，也是可探測的線索。
3.怎麼拍出解析度這麼高的照片？
全球望遠鏡組成陣列，聯合觀測，形成一個有效口徑等於地球直徑的大望遠鏡。這個虛擬的大望遠鏡叫做「事件視界望遠鏡」(EHT)，由8臺望遠鏡組成。分別是：南極望遠鏡；位於智利的阿塔卡馬大型毫米波陣望遠鏡；位於智利的阿塔卡馬探路者實驗望遠鏡；墨西哥的大型毫米波望遠鏡；位於美國亞利桑那州的亞毫米波望遠鏡；位於夏威夷的麥克斯韋望遠鏡；位於夏威夷的亞毫米波望遠鏡；位於西班牙的毫米波射電天文所的30米毫米波望遠鏡。它們在2017年4月對兩個黑洞目標進行了聯合觀測。
從2018年起，又有格陵蘭島望遠鏡、位於法國的IRAM NOEMA天文臺和位於美國的基特峰國立天文臺加入後續的研究和校準工作。
全球一共60多個研究機構參與了研究，其中包括中國科學院下屬的上海天文臺、雲南天文臺等機構，以及華中科技大學、南京大學、中山大學、北京大學、中國科學院大學、臺灣大學等高校。這也是中國上海和中國臺北兩地聯合舉辦新聞發布會的原因。
4.2017年拍的照片，為什麼現在才公布？
黑洞照片「拍」起來難，「洗」出來也難。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。其中還有些缺失或模糊的部分，需要科學家們拼圖。
此外，在2017年4月的聯合觀測以後，研究團隊還進行了一些數據收集和校準的工作。
縱深
黑洞其實不太黑，洞也不是那個洞？
黑洞，這個恍若鬼魅的天體又開始侵襲我們的視野。它是在時間和空間中形成的「洞」，不斷吞噬周圍物質，增加自己的質量；它也是光子的「牢籠」；它貪得無厭，永不停息地吞噬著周圍的一切……這是世人繪製的黑洞的經典圖像：既霸蠻又貪吃。但真是如此嗎？
來者不拒？有些黑洞很「挑食」
據物理學家組織網報導，一些黑洞是貪婪的貪食者，吸入大量氣體和灰塵；而其他黑洞則很挑食。
同樣是超大質量黑洞，為什麼「貪吃」的程度差別如此巨大？這一問題一直以來都是困擾天體物理學家的難題。
中國科學院國家天文臺研究員陸由俊解釋說：「原因是不同星系核心的環境不一樣。有的星系的中心由於受到諸如星系碰撞過程等的擾動，氣體沉積到中心黑洞附近，為黑洞提供了豐富的食物，以至於它們可以大快朵頤；而有的星系中心區域則比較平穩，只有少量氣體能夠到達黑洞附近，使得黑洞不得不淺斟慢酌。」
只可遠觀：會把人變成義大利麵
儘管人們對黑洞的熱情高漲，但其只可遠觀而不可接近，否則，後果很嚴重。簡單來說，如果你和黑洞靠得太近，你就會就像義大利麵一樣被拉長。這一現象有個極富創意的名字「義大利麵條效應」。之所以會產生這種效應，是因為人體各處受到的引力大小不同。
如果你兩腳朝下飛向黑洞，由於你的腳離黑洞更近，它受到的引力將比頭部受到的引力要大。更糟糕的是，由於胳膊並非位於身體中心，它們被拉長的方向會與頭部的朝向稍有不同，你身體的邊緣部位會被拉進身體裡。最後的結果是，你的身體不僅被拉長了，而且還變細了。因此，還沒等你(或其他物體)抵達黑洞中心，你就早早地變成了一根義大利麵條。
終極命運：或隨時間蒸發殆盡
1973年，霍金在彎曲時空量子場論的研究中發現原來「黑洞不黑」。原本經典理論上「一毛不拔」的黑洞在黑洞量子力學中也可以通過一定的機制發射黑體輻射，這就是霍金輻射。
但我們又知道，任何東西都不能從黑洞的事件視界之內逃逸出來，黑洞怎麼可能發射粒子呢？量子理論給我們的回答是，粒子不是從黑洞裡面出來的，而是從緊靠黑洞的事件視界的外面的「空虛的」空間來的。
霍金在《時間簡史》中解釋稱，「空虛的」的空間充滿虛粒子反粒子對。它們被一同創生，相互離開，然後再回到一起並且湮滅。如果黑洞存在，帶有負能量的虛粒子落到黑洞裡可能會變成實粒子或者反實粒子。這種情形下，它不再需要和它的伴侶相互湮滅了。它被拋棄的伴侶可以落到黑洞中去。或者由於它具有正能量，也可以作為實粒子或反實粒子從黑洞的鄰近逃走。
而且，黑洞的質量越小，其溫度就越高。這樣，隨著黑洞損失質量，它的溫度和發射率增加，導致其質量損失得更快。因此，小質量的黑洞，霍金輻射強，它們很快就會蒸發掉，一個10-15克的黑洞被蒸發掉所需的時間與宇宙的年齡相仿。
4、5版稿件據新華社、央視、科技日報等
前世今生
探索簡史
來源：重慶晨報