倒計時吧朋友們。人類首張直接由望遠鏡拍到的黑洞照片已進入最後「衝洗」階段。
今天,北京時間晚上九點,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,將分別以英語、漢語、西班牙語、丹麥語和日語同時召開全球連線的發布會,發布人類首張黑洞照片。
這將是一次「關於人類的歷史性發布」。
自從200多年前黑洞首次被提出以來,對於人類來說,它的面貌從未如此清晰。此前,人們都是靠間接證據來推測黑洞的存在,你在書上網上看到的黑洞圖片都是電腦模擬圖。
大家可以通過新華網的直播頁面收看網絡直播。
全球同步曝光的這張黑洞照片的重大意義在於,它或許會證實愛因斯坦、霍金等科學家關於黑洞的預言,也或許將一舉改寫人類對於黑洞的一切認知。
不論如何,4月10日晚上9點,都是我們這代人又一次見證人類歷史的時刻。
上一次重大科學進展引發的全人類狂歡還是在2016年2月11日,當時美國科研人員宣布,他們利用雷射幹涉引力波天文臺(LIGO)於去年9月首次探測到引力波,證實了愛因斯坦100年前的預測。
01
感動常在
星辰大海如此遙遠,卻讓我們感動常在,有網友說:「人類嚮往星河的腳步從來沒有停歇。想想這個,我就對自己平庸的生命有了一絲寬慰。」
這次重大科學進展中另一個讓普通人感動的點在於,它是由多國科學家在多個觀測點共同合作多年取得的一項成果。
「每次看到全球合作的字眼都特別激動……即使這麼多戰爭利益紛爭,在探索宇宙的時候我們還是會拋棄一切國界分歧,所以科學無國界的魅力在於此啊!」
這個名為「事件視界望遠鏡」(Event Horizon Telescope)的計劃,共有約200名來自全球的科學家參與。科學家們調動了位於世界各地的 9 個天文臺,將天文望遠鏡連接組合,建造了一個超巨型的望遠鏡虛擬網絡,鏡片直接「如地球一樣大」,為黑洞「拍照」。
9個觀測站的位置
這其中,中研院天文及天文物理研究所主導的「格陵蘭望遠鏡」(GLT)2017啟用,隔年4月加入「事件視界望遠鏡」計劃,與夏威夷的次毫米波陣列(SMA)、智利的阿塔卡瑪毫米波與次毫米波陣列(ALMA)連線觀測,三組大型望遠鏡形成接近地球那麼大的大三角形。
這個陣列的影像解析能力比全世界最強的光學望遠鏡還高1000倍。
02
月球上的一個橙子
「拍攝」黑洞的難度極高。
拍攝難度之一是黑洞距離地球遠,這次科學家拍攝的兩個目標黑洞,雖然都屬於超大質量黑洞,其中一個黑洞「人馬座A*」(Sagittarius A*),質量估計是太陽的400萬倍,它與地球的距離約2.6萬光年。項目負責人Sheperd Doeleman形容,這就像要拍攝月球上的一個橙,必須動用超巨型的望遠鏡組合。
「拍攝」黑洞的另一個難點在於黑洞的超強引力,黑洞是一個連光線都不能逃脫的緻密黑色球體,沒有光線就難以拍攝成相。
所以此次黑洞照片項目,是通過射電望遠鏡收集毫米級波長的射電信號,搜集完畢後,觀測站再將數據傳送到中心做整合拼揍,以黑洞的「陰影」形成黑洞的樣貌。
這些輻射波數據都相當巨大,以至於無法直接使用網絡傳輸,而需使用硬碟儲存,一次普通的五天觀測期間,每座望遠鏡就會搜集約500TB的數據,整個陣列產生的數據約7PB,足足要裝滿1000至2000個硬碟。
各地的觀測站需要在觀測完畢之後將這些硬碟通過飛機運送到位於美國麻薩諸塞州的MIT海斯塔克天文臺以及位於德國波恩的馬克斯普朗克電波天文研究所。
但硬碟存儲也在實際操作中遇到各種問題,有些天文臺一開始使用常規硬碟儲存數據,然而觀測臺多位於高地,常規硬碟常因氣壓過低而無法運作。
此次「事件視界望遠鏡」計劃,搜集來的輻射波數據超過 1PB,相當於 1 百萬 GB,成為了物理學與天文學史上最大數據的實驗,不僅需要大量人力觀測搜集數據,更需要科學家們花大筆時間做照片拼湊與整合。
自2006年以來,「事件視界望遠鏡」就開始不斷收集數據,以製作黑洞邊緣的圖像,第一批照片實際上預計在兩年前拍攝,後來由於技術上的困難而被推遲。直到上個月,官方才公開表示「已經完成了幾乎所有工作」。
03
「平行宇宙」的入口?
黑洞究竟是什麼樣子?
美國亞利桑那大學(University of Arizona)天文物理學家普薩爾季(Dimitrios Psaltis)說,「在愛因斯坦的理論中,這個(黑洞)陰影的形狀應該差不多是個完美的圓形。若然我們發現與理論估計的不同,那麼我們就會返回基本步,清楚地知道有些東西不是正確了。」
而根據霍金的觀點,在黑洞的最中心,是平行宇宙的另外一個入口。通過黑洞,可以快速到達在地球上看起來一個非常遙遠的一個地方,或者另外一個平行宇宙。
「如果你發現自己掉進了一個黑洞,先別放棄,還是有辦法逃出去的。但這裡有一個前提,那就是這個黑洞必須足夠大。而如果這個黑洞在旋轉,那麼它就可能擁有通往另一個宇宙的通道。但你不能再次回到我們的這個宇宙中。因此,儘管我渴望太空飛行,但我並不想去黑洞裡看看。」
——霍金
這樣的一個包含著平行宇宙的黑洞真的存在嗎?
晚上九點,或許一些關於黑洞的謎團即將揭曉。