本文參加百家號 #科學了不起# 系列徵文賽。
我們知道，去年科學家公布了世界首張黑洞照片，在全世界引起了巨大反響，這是一次巨大的突破，而拍攝黑洞的望遠鏡----事件視界望遠鏡（EHT）也一戰成名！那麼這枚望遠鏡到底是怎麼拍攝到黑洞照片的呢？這就要提到科學家所使用的望遠鏡了！
當天文學家談到光學望遠鏡時，他們通常會提到它的鏡面大小。那是因為你的鏡子越大，你看到的天空就越清晰。這就是望遠鏡的分辨能力，這是由於光的一種特性，即衍射。當光通過開口時，如望遠鏡的開口，它就會散開或衍射。開口越小，光線越分散，使你的圖像越模糊。這就是為什麼較大的望遠鏡比較小的望遠鏡能捕捉到更清晰的圖像。
衍射不僅取決於望遠鏡的大小，還取決於你所觀察到的光的波長。波長越長，在給定的開孔尺寸下繞射的光越多。可見光的波長很小，不到百萬分之一米長。但是射電光的波長要長一千倍。如果你想要捕捉像光學望遠鏡那樣清晰的圖像，你需要一個比光學望遠鏡大一千倍的射電望遠鏡。幸運的是，我們多虧了一種叫做幹涉測量的技術才可以實現這一觀測。
這是來自我國的500米口徑球面射電望遠鏡(FAST)，坐落在我國的貴州省。
要建造高解析度的射電望遠鏡，你不能簡單地建造一個巨大的無線電碟形天線。你需要一個直徑超過10公裡的盤子。即使是最大的無線電天線，我國的快速望遠鏡，也只有500米寬。所以，你不是做一個大的盤子，而是做幾十個或幾百個小盤子。這樣的話，我麼就可以調用其中一部分小盤子，而不用調用全部。當然，如果你用光學望遠鏡，你的圖像不會那麼明亮，但是它的清晰度是一樣的。
但這並不像建造許多小天線那麼簡單。比如說用單臺望遠鏡觀測物體，那麼來自遠處物體的光進入望遠鏡，通過鏡子或透鏡聚焦到探測器上。同時離開物體的光線會到達探測器，所以你的圖像是同步的。而當你有一個陣列的無線電天線，每個都有自己的探測器，來自你的物體的光會比其他的更早到達一些天線探測器。如果你只是把所有的數據組合在一起，你會得到一個混亂的局面。那麼這時候就要用到幹涉測量了！
因為這時候陣列中的每根天線都觀察著同一個物體，而且每根天線都精確地標記著觀察的時間。通過這種方式，我們可以擁有數十或數百個數據流，每個流都具有獨特的時間戳。從時間戳中，我們可以將所有數據放回同步狀態。
不過，這個的數學計算非常複雜。為了使幹涉術起作用，我們必須知道每對天線的時間差。不僅如此，當地球自轉時，你所觀測到的物體的方向會相對於天線的方向發生變化，這意味著當你進行觀測時，信號之間的時間會發生變化。你必須記錄所有的信息以便將這些信號聯繫起來。這是通過一個被稱為相關器的專用超級計算機來完成的。它是專門用來做這個計算的。它是一種相關器，可以讓幾十個天線盤充當一個望遠鏡。
改進和改進無線電幹涉術已經花了幾十年的時間，但它已經成為無線電天文學的一種常用工具。從1980年VLA的成立到2013年ALMA的第一束光，幹涉術為我們提供了非常高解析度的圖像。這項技術現在非常強大，可以用來連接世界各地的望遠鏡。
那麼我們再回到事件視界望遠鏡(EHT。事件視界望遠鏡是通過國際合作打造的一個由8個地面射電望遠鏡組成的行星級陣列，它的目標是捕捉黑洞的圖像。然而在去年全球協調召開的新聞發布會上，EHT的研究人員透露，他們成功了，首次公開了梅西耶87中心及其陰影處超大質量黑洞的直接視覺證據。
然而在這裡看到的黑洞的陰影是我們所能看到的最接近黑洞本身的圖像，它是一個完全黑暗的物體，光線無法從中逃逸。黑洞的邊界——EHT得名的事件視界——大約比它投射的陰影小2.5倍，直徑接近400億公裡。雖然這聽起來很大，但這個環的直徑只有40微弧秒——相當於在月球表面測量一張信用卡的長度。儘管組成EHT的望遠鏡沒有物理連接，但它們能夠用原子鐘(氫脈澤)來同步記錄的數據。這些觀測數據是在2017年全球運動期間以1.3毫米的波長收集的。EHT的每臺望遠鏡都產生了大量的數據——大約每天350太字節——儲存在高性能的氦氣硬碟上。這些數據被傳送到高度專業化的超級計算機——被稱為相關器——在馬克斯·普朗克射電天文研究所和麻省理工學院的草垛天文臺進行合併。然後，他們煞費苦心地用合作開發的新穎計算工具將其轉換成圖像。
2009年，世界各地的無線電觀測站同意合作開展一個宏偉的項目。他們用幹涉測量法把他們的望遠鏡組合起來，創造了一個行星大小的虛擬望遠鏡。它被稱為視界望遠鏡，在2019年，它給了我們第一張黑洞的圖像。而通過團隊合作和幹涉測量，我們現在可以研究宇宙中最神秘和最極端的物體之一。