事件視界望遠鏡由散布在世界各地的多個望遠鏡組成，但它運作起來如同一個巨型望遠鏡。接下來讓我們揭示它是如何運作的。
如果你想更深入、更清晰地觀察宇宙，有一個大家都贊同的理想策略：建造一個儘可能大的望遠鏡。但我們在天文學領域所建立的解析度最高的圖像，並不是由最大的望遠鏡拍攝到的，而是來自一系列中等尺寸的望遠鏡組成的望遠鏡陣列：事件視界望遠鏡。這怎麼可能呢？這就是我們本周要問天文學家伊森的問題，迪特想知道，他問道：
我不太能理解為什麼說事件視界望遠鏡是「一個」望遠鏡（它的口徑宛如地球大小）。
當你把事件視界望遠鏡看作是「一個」射電望遠鏡的時候，我就可以知道由於入射信號的波長和地球的直徑，它的角解析度很高。我也知道時間同步很關鍵。
但是陣列中的10多個獨立望遠鏡，非常有助於解釋為什麼事件視界望遠鏡的直徑被認為是「一個」望遠鏡。構建M87星系中心的黑洞圖像是我們迄今取得的最顯著的成就之一。事件視界望遠鏡讓拍攝黑洞圖像變得可實現。
圖解：亮度距離關係，以及來自光源的光通量是如何隨著距離平方而衰減的。地球的溫度與地球到太陽的距離息息相關，這決定了太陽每單位面積上有多少能量會射入我們的星球。因為能量守恆，遙遠的恆星或星系才會有明顯的亮度。請注意，當光線離開光源時，光線也會在區域內發散。 (伊桑·西格爾《星河之外》)
首先，你要了解光是如何工作的。當你在宇宙中看到任何發光物體，其物體所發出的光在離開光源後會在球體中發散。如果你只有一個單點的光電探測器，你仍然可以探測到遙遠的發光物體。
但你還是沒法解決問題。
當光（例如光子）像檢測器一樣撞擊到你的探測點時，你可以記錄光的到達；你可以測量光的能量、波長和光線的來源。但是你無法得知這個物體的物理屬性，比如它的大小、形狀、物理範圍，也不知道該物體各個部分的顏色和亮度是否不同。這是因為你只在一個單點上接收信息。
圖解：星雲NGC246被稱為骷髏星雲，因為它有兩隻發光的眼睛。其實它中心有一對雙子星，而較小較暗的那顆恆星與星雲密切相關，因為它把星雲的外層吹滅了。它距離地球大約1600光年，位於鯨魚座內。你要是把星雲看作多個物體的結合，你就需要分辨這些物體的特徵，這取決於望遠鏡的大小和穿過其低倍鏡的光波長的數目。(雙子座南方轉基因生物基地，特拉維斯校長(大學)。(阿拉斯加)
你想知道你是否正在尋找一個像我們太陽一樣的恆星，或多光點，就像你在雙星系統中發現的那樣？為此，你需要在多個地點接收光。不同於點狀探測器，像反射望遠鏡上的主鏡一樣的碟形探測器可以多方位探測光。
當光線進來時，它照射的不是一個點而是一片區域。鏡子反射球體中的光線，並聚焦到一個點上。光源不同的光線會聚焦到兩個不同的位置，不管它們靠的有多近。
圖解:所有的反射望遠鏡都應驗了一個原理：用一個大的主反射鏡反射入射光，並把入射光聚焦到一個點上，然後把光分解為數據並記錄，或者用來構建圖像。這張具象圖表說明了赫歇爾-洛蒙諾索夫望遠鏡系統的光路徑。請注意：兩個光源不同的入射光會被聚焦在兩個不同的位置（藍色和綠色路徑），前提是望遠鏡有這樣的聚焦能力。(維基媒體共用用戶尤金尼烏斯)
如果你的望遠鏡比兩個物體之間的距離還要大，你的光學也足夠好，你就能解決這個問題。如果你正確構建了設備，你就可以分辨多個物體。這兩種光源似乎是相互區別的。從技術的角度看，三個量之間是有關係的：
1.望遠鏡達到的角度解析度
2.望遠鏡達到的直徑
3.以及望遠鏡可以探測到的波長。
如果光源距離比較近，或者你的望遠鏡比較小，或者你用更長的光波去觀測，那麼你要解決的問題會越來越具有挑戰性。那麼，你就很難分辨是否有多個物體，或者你觀測到的物體是否有明亮和黑暗的特徵。如果你的解析度不夠高，你只能觀測到模糊、難以分辨的單個點。
圖解：解析度受三個因素所限制：望遠鏡的直徑、目標光線的波長和光學設備的質量。如果你擁有完美無缺的光學設備，你可以一直提高解析度直到瑞利極限，這樣你就可以達到物理中最高的解析度。(斯賓塞·布萊文/公共領域)
所以，這就是所有大型單碟望遠鏡的工作基礎。光線來自光源，空間中的每一點——甚至同一個物體可以聚焦出不同的點——發射自身獨特的光線。解析度取決於我們的主望遠鏡所能容納的波長數。
如果探測器足夠靈敏，我們可以了解某個物體的所有特徵。恆星的熱和冷區域，如太陽黑子，我們可以觀測到。我們可以在行星和衛星上看到火山、噴泉、冰蓋和盆地等地貌。發光氣體或等離子體的範圍，以及它們的溫度和密度也可以成像。你的望遠鏡的物理和光學特性決定了你是否可以取得這樣的偉大成就。
圖解：這三個視圖所展現的是：從地球上觀測到的第二大黑洞——位於M87星系中心的黑洞。最上面的圖片是哈勃光學望遠鏡拍攝的，左下圖片來自NARO的無線電，右下圖片是錢德拉的X射線。光學靈敏度、所用光的波長以及觀測所用望遠鏡的大小決定了不同視點的不同解析度。錢德拉X射線觀測望遠鏡的直徑只有8英尺（20cm）長，但由於它觀測到的X射線波長極短，它的解析度仍舊精確。 (頂部：光學，哈勃空間望遠鏡/美國宇航局/WIKISKY；左下角：射電，NRAO/超大型陣列(VLA)；右下角：X射線，NASA/Chandra X射線望遠鏡)
但也許你不需要整個望遠鏡。建造一個巨大的望遠鏡需要昂貴的資金和豐富的資源，而且實際上只為了兩個目的來建造如此巨大的望遠鏡。
1.望遠鏡越大，解析度就越高，這取決於主望遠鏡上光的波長數。
2.而望遠鏡的接收區域越大，可收集的光就越多，所以你可以比低面積望遠鏡觀測到更小的物體和更精細的細節。
如果你的望遠鏡反射鏡長了「斑點」——就像你給鏡子貼了面具一樣——你不再能夠從這些位置接收光了。因此，亮度會限制你的觀測物體與望遠鏡的表面積（聚光面積）成比例地減小。但是該解析度仍等同於望遠鏡不同部分的距離。
圖解：2014年Atacama大毫米/次毫米陣列上拍攝的氣象。ALMA也許是世界上最先進、最複雜的射電望遠鏡，它是事件視界線望遠鏡不可分割的一部分，因為其可以將原行星盤中隱藏的細節形成圖像。(ESO/C.Malin)
這就是望遠鏡陣列所基於的原理。那裡有很多的光源，特別是在頻譜的無線電部分，是非常明亮的，所以你不需要在所有的收集區域建造一個巨大的單碟望遠鏡。
相反，你可以把望遠鏡排成陣列。因為來自遠處的光線會擴散，所以你可以較大範圍地收集光。你不需要把錢都用於建造具有最高光聚集能力的巨大望遠鏡上，但是同樣高的解析度必不可少。那就是巨型射電望遠鏡的應用原理。世界各地的一系列相互連接的望遠鏡讓我們能觀測到宇宙中一些無線電波清晰，但角大小最小的物體。
圖解：圖顯示了2017年「事件視界望遠鏡」觀測M87星系時所使用的所有望遠鏡和望遠鏡陣列的位置。南極望遠鏡的特殊位置使得其無法觀測到星系的中心，所以南極望遠鏡無法拍攝M87。這些地點中的每一個望遠鏡都配備了原子鐘和其它設備。(NRAO)
在功能上，考慮以下兩種場景沒有區別。
1.事件視界望遠鏡是一面有許多隱蔽帶的鏡子。這些分布在世界各地的望遠鏡收集光並把它們聚焦成單一的點，然後合成圖像，這樣就能以最大解析度去顯示目標物體在空間中的不同亮度和屬性。
2.事件視界望遠鏡由單個及單個陣列的望遠鏡組成，各個望遠鏡基地會分別記錄數據。然後，經工作人員適當處理和分析數據從而合成圖像，這樣就可以顯示你所觀測的物體在太空的亮度和屬性。
唯一的不同是這些望遠鏡需要使用什麼樣的技術來觀測，但這就是為什麼我們有VLBI科學：非常長的基線幹涉測量。
圖解：在VLBI中，每個單獨的望遠鏡都可以記錄無線電信號，然後將它們送到中心處理器。每個被接收到的數據點都有十分精確的原子鐘，以幫助科學家同步接收正確的觀測結果。(公共域名/維基百科用戶RNT 20)
你可能會開始有一些瘋狂的想法，比如將射電望遠鏡發射到深空，並將它與地球上的望遠鏡聯網來擴展你的基線。這個計劃很好，但你必須知道，我們之所以不單在相鄰的兩個點建造事件視界望遠鏡是有原因的：我們希望在各個方向都能獲得高解析度。
我們想要在經緯線上全面覆蓋天空，那麼在理想的情況下，為拉遠它們的距離，我們應該把望遠鏡放置在一個大的圓環上。當然，這是不可行的，地球有大陸、海洋、城市和國家以及其它邊界、界線和限制。但我們有8個相對獨立的站點散布在世界各地（其中7個可以觀測到M87），真是十分了不起。
圖解：事件視界望遠鏡發布的第一張圖像解析度為22.5微秒，這樣高的解析度足以保證望遠鏡能夠解析M87中心黑洞的圖像。單個望遠鏡直徑必須達到12,000公裡才能有同樣的清晰度。仔細觀察April5/6圖像和April10/11圖像兩者的不同外觀，你會發現隨著時間的推移，黑洞的特徵正在發生變化。這有助於證明同步不同觀測值的重要性，而不僅僅是簡單地平均時間。(視界望遠鏡協作)
目前，地球限制了事件視界望遠鏡的觀測能力，望遠鏡僅限於當前已聯網的望遠鏡和可測量的特定波長。如果它可以發展到以較短的波長觀測，並克服這些波長的大氣不透明度，我們可以用同樣的設備達到更高的解析度。原則上，我們不需要藉助新的單獨望遠鏡就能以三到五倍的解析度去觀測物體的特徵。
通過各地同時進行的這些觀測，事件視界望遠鏡確實像一個單一的望遠鏡一樣運作。它只具有將單個望遠鏡的聚光能力聚集在一起的能力，但望遠鏡之間的距離不會影響事件視界望遠鏡可以達到的解析度。
通過同時運用許多不同的望遠鏡（或望遠鏡陣列）突破地球直徑的限制，我們能夠獲得解析事件視界望遠鏡所需的數據。
先進技術的運用、計算能力的提高以及新算法的增加，能夠確保數據同步，直到形成一張圖像，這讓事件視界望遠鏡可以像單個望遠鏡一樣運作。這並不簡單，100多名科學家一起研究了許多年才達到了如今的成就。
但從光學的角度看，事件視界望遠鏡和單個望遠鏡的使用原理是一樣的。來自不同光源的光線四處擴散，並被事件視界望遠鏡所接收。就如同它們被各地的巨大望遠鏡所接收一樣。關鍵是我們如何將這些數據同步合在一起，並用它來重現實時事件的圖像。
如今，事件視界望遠鏡成功做到了這一點，是時候把我們的目光轉移到下一個目標了：儘可能多地了解我們可以觀測到的黑洞。我和大家一樣迫不及待。
參考資料
1.Wikipedia百科全書
2.天文學名詞
3.medium-Ethan Siegel
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