 |
圖源：EHT站長精靈
很快這張照片就被全球網(wǎng)友玩壞，被形容成甜甜圈、風(fēng)火輪、橙子，還有人求同款美瞳色號。更有網(wǎng)友預(yù)測黑洞照片將成為“錦鯉”：吸走所有煩惱。
這張略顯“模糊”的照片背后，凝聚了包括中國大陸16學(xué)者在內(nèi)的全球200多位科研人員的心血，在全球6地利用8臺射電望遠(yuǎn)鏡觀測，并歷時2年時間完成照片“沖洗”。
照片“模糊”？科學(xué)家這樣解釋
“事件視界望遠(yuǎn)鏡（EHT）的創(chuàng)建是一個艱辛的項目?！眳⑴c國際合作的中方科學(xué)家、中國科學(xué)院上海天文臺臺長沈志強告訴海外網(wǎng)，“現(xiàn)在公布的是第一張黑洞照片，未來就會一張接著一張，就觀測本身來講，這是實實在在的"從0到1的突破"。”
對于公眾關(guān)心的“第二張照片”何時面世，沈志強笑著說：“這個不好講，說不定很快。我們2017年觀測了兩個目標(biāo)：M87星系中心黑洞和銀河系中心的人馬座A*黑洞，此次公布的是前一個?！?/p>
至于第二張照片能否更“清晰”，沈志強透露，相比第一張不會有實質(zhì)性差別，因為兩張照片是同一時間觀測的?！敖o黑洞拍照的分辨率，相當(dāng)于從地球看月亮上的一個橘子，或者說是坐在紐約咖啡館里可以看到巴黎的一張報紙?！蔽磥砝梅直媛矢叩耐h(yuǎn)鏡，才會有更好的呈現(xiàn)效果。
中國科學(xué)院上海天文臺研究員路如森解釋稱，與光學(xué)照片的清晰度類似，根源在于分辨率。要想提高望遠(yuǎn)鏡的分辨率，需加寬望遠(yuǎn)鏡的有效口徑。盡管現(xiàn)在的亞毫米望遠(yuǎn)鏡基線已達(dá)到了1萬公里，但空間分辨率剛達(dá)到黑洞視界面的尺寸，所以在觀測的有限區(qū)域內(nèi)，就相當(dāng)于只有有限的幾個像素，最終呈現(xiàn)的照片看起來比較模糊。
對于照片為啥看起來像個甜甜圈，且一邊亮一邊暗，沈志強向海外網(wǎng)解釋稱，照片展示了一個中心暗邊緣明亮的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，這就是黑洞投下的“陰影”。由于黑洞的自轉(zhuǎn)引起的多普勒效應(yīng)造成了我們所看到的南邊比北邊亮。而且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(xué)家用顏色來描繪，是“偽色成像”。
從觀測數(shù)據(jù)到?jīng)_洗照片！他們都經(jīng)歷了什么
從觀測黑洞到“沖洗”照片，上海天文臺的參與者們都記憶猶新，稱在看到黑洞真容那一刻，是激動的。
“在4000米海拔的高山上，呼吸都困難，為了保證觀測順利進行經(jīng)常通宵工作?！甭啡缟貞浧鹪谙耐挠^測時的情景。
從2017年開始，EHT決定協(xié)調(diào)組織整個陣列的聯(lián)合觀測，時間選定在每年的4月份前后，視天氣條件遴選出5天實施觀測。
中國科學(xué)院上海天文臺3位專家江悟、路如森、高峰在一篇回憶文章中寫到：我們和其他的同行在那里接受高原環(huán)境培訓(xùn)，簡單來說就是多看少動，多喝水。然后會在海拔2800米處的半山腰基地停留。在這里，EHT同行分成兩個小組，分別負(fù)責(zé)前半夜和后半夜的觀測，一方面關(guān)注山頂?shù)奶鞖?，一方面等待EHT最終觀測的通知。
“對天文學(xué)家來說，這也是一次難得的與同行當(dāng)面交流的機會，所以大家都喜歡圍坐在一起交流和討論?！甭啡缟硎?。
提起正式觀測，他們更是歷歷在目?！拔覀円话闾崆皺z查設(shè)備狀態(tài)，確認(rèn)各個環(huán)節(jié)都正常，然后才著手準(zhǔn)備正式執(zhí)行觀測任務(wù)。當(dāng)?shù)赜薪?jīng)驗的觀測同行會幫控制天線，比如操作天線對準(zhǔn)目標(biāo)源，每隔一段時間進行指向確認(rèn)和對焦等。”
保持對望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)噪聲溫度的連續(xù)測量和記錄很重要，這是后面黑洞成像重要的幅度校準(zhǔn)輸入。對這些工作，各國參與者們都做得一絲不茍，在相互關(guān)心和鼓勵下，幾天堅持下來也毫無倦意，碰到問題都能及時解決。
據(jù)沈志強介紹，全球EHT項目合作人員有一個專屬的交流平臺。在交流當(dāng)中各國學(xué)者從問題出發(fā)，積極討論。這是一個非常好的交流平臺，而且大家的參與度和積極性很高，有時候一打開郵箱，消息多得都看不過來。
路如森介紹說，觀測后的兩年，照片開始進入“沖洗階段”。搜集到的數(shù)據(jù)必須經(jīng)歷復(fù)雜的計算機處理過程。由于數(shù)據(jù)量實在太大，以至于不能靠網(wǎng)絡(luò)傳輸，于是EHT采用了最傳統(tǒng)的方法——“物理運輸”：這些硬盤被空運至被稱作相關(guān)器的高度專業(yè)化超級計算機進行合并處理。這些超級計算機位于馬普射電所和麻省理工學(xué)院海斯塔克天文臺。在那里，合作開發(fā)的新型計算工具將精心處理數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)換為圖像。
人類完成了不可能！中國貢獻(xiàn)了這些力量
“我們?nèi)〉玫挠^察結(jié)果非常重要，質(zhì)量也讓人驚喜。”德國馬克斯·普朗克射電天文研究所所長安東·岑蘇斯告訴中國媒體，“我們希望借此驗證廣義相對論的有關(guān)預(yù)測，并了解星系的形成和演化。終極目標(biāo)是從天文領(lǐng)域認(rèn)識自然，了解宇宙的形成?！?/p>
“我們已經(jīng)完成了上一代人認(rèn)為不可能做到的事情！”EHT項目主任、美國哈佛-史密森天體物理學(xué)中心的謝潑德杜勒曼稱在美國新聞發(fā)布上表示，“技術(shù)的突破、世界上最好的射電望遠(yuǎn)鏡之間的合作、創(chuàng)新的算法都匯聚到一起，打開了一個了解黑洞的全新窗口?！?/p>
“這是人類獲得關(guān)于黑洞的第一個直接視覺證據(jù)，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(chǎn)生并影響星系演化等諸多前沿問題?！鄙蛑緩娬f。
回顧與國際同行的合作，路如森表示：“作為長期深度參與"事件視界望遠(yuǎn)鏡"國際合作的研究人員，我覺得這張黑洞照片是科學(xué)共同體的努力結(jié)果。科學(xué)對人類發(fā)展至關(guān)重要，人類的科學(xué)共同體也是人類命運共同體的重要組成部分?！?/p>
首張黑洞照片是國際大科學(xué)合作計劃的結(jié)晶，全球有200多位科研人員參與了這一項目，其中中國大陸學(xué)者16人，分別來自上海天文臺8人，云南天文臺1人，高能物理所1人，南京大學(xué)2人，北京大學(xué)2人，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)1人，華中科技大學(xué)1人。另外，還有部分來自中國臺灣地區(qū)的學(xué)者。
岑蘇斯對于中國同行的貢獻(xiàn)給予肯定：“中國科學(xué)院上海天文臺直接參與了位于美國夏威夷的JCMT望遠(yuǎn)鏡對黑洞的觀測，中國其他科研機構(gòu)的多名研究人員也以不同形式參與了后期數(shù)據(jù)的分析和解讀?！?/p>
中國科學(xué)院國家天文臺副臺長薛隨建也指出，這次“算是重在參與”，但為在相關(guān)科研領(lǐng)域“機制性參與國際合作組織、逐漸發(fā)揮越來越重要的作用，做出了良好的示范”。
正如霍金所說：“為什么要研究黑洞，因為它就在那里?！币晃粐姨煳呐_工作人員對海外網(wǎng)說，首張黑洞照片公布還有另外一層積極意義，那就是能激發(fā)公眾對科學(xué)探索的熱情，給一批年輕人埋下科學(xué)研究的種子。（海外網(wǎng) 張琪）
