看!黑洞在跟你say hi!

这篇文章可能会让你看不懂,没关系我也没懂


2019年4月10日21点整,人类第一次真正“看见”了黑洞。


在全球六地(比利时布鲁塞尔、智利圣地亚哥、中国上海和台北、日本东京和美国华盛顿)同时召开新闻发布会上,国际组织事件视界望远镜(EHT)发布了人类首张黑洞照片。


看!黑洞在跟你say hi!_第1张图片


这可能是全世界最难拍的一张照片了。


拍照时间历时5天,洗照片却花费了2年,而拍摄这张照片的难度更是难以想象。


为了完成这张特写,科学家们调动了全球从两极到赤道共8个天文台的力量进行图片数据拍摄,之后,又有来自全球的62家科研机构共同参与了照片的合成。整个项目耗时近三年,可以说是倾“全人类之力”完成的一件壮举。


而这一壮举,也证实了人类对宇宙的探知又迈进了一大步。


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黑洞是什么?


“黑洞”(blackhole)一词在1968年才由美国天体物理学家约翰·惠勒提出来,关于黑洞的更准确的说法是:“黑洞是广义相对论预言的一种特殊天体。它的基本特征是有一个封闭的边界,称为黑洞的‘视界’;外界的物质和辐射可以进入视界,视界内的东西却不能逃逸到外面去。”


几句话就能看懂黑洞:


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那么在黑洞照片没被拍下来之前,科幻作家们都是如何描述黑洞的?


刘慈欣《三体》中,有个跳进自己创造的黑洞、既活着又在死去的科学家高way:

”程心看着废墟的黑暗深处那团幽幽蓝光,她现在知道那里可能有一个人,正在时间停滞的界面上永恒地坠落着。这样一个人,在这个世界的视角中他还活着,在他自己的世界他却已经死了……“


陈楸帆《春天的故事》*里,一个渔村的孩子从黑洞里窥见了遥远未来,他把这未来画下来,成了著名艺术家:

“我把黑洞朝向风雨中波涛汹涌的大海,全身顿时僵住了。海消失了,取而代之的是一台台锈红色的钢铁巨兽,衔着五颜六色的铁皮箱子缓慢转动,尽管还隔着一段距离,积木般的箱子在空中摇晃着,那种体积与重量所带来的压迫感完全让人窒息......"


韩松的《星潮·建设者》写了通过黑洞化为高级生命形态的种族:

”他们蝉蜕了,羽化了,借助引力波,一跃越过奇点,进入到了另外一个宇宙——那是一个非常不同的宇宙,超越了一切想象,取代了黑洞的中心区域,从景观上看,它更接近于一段电影的预告片,令他们惊喜莫名,而他们终于变成了标准的亚粒子文明旅行者,从此无休无止地走下去……“


靓灵的《珞珈》写道:实验室事故制造了一个黑洞,为了配平质量,勤杂工老王自己跳了进去,在异度空间里回望自己的一生:

”这片亮海让他想起了多年前和老婆孩子一起坐在汉口江滩的那个夏夜,晚风带走燥热,江水就在他面前横过,所有凌凌的波光都向着左手边缓缓移动,那是无数水滴汇成的、从很远的地方流下来的长江。“


伊恩·R·麦克劳德《来自陶乐德的旅人》*,寂寞又执着的科学家在两个黑洞碰撞产生的平行宇宙中消失了:

“那件事,黑洞的对撞,确实发生了。引力波的尖峰已经被每一个观测站记录在案。但是另一块屏幕,罗布用来综合、过滤和提炼数据的那一块,并没有显示来自其他世界的任何涟漪和回响。”


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5500万光年有多久?


这个黑洞距离地球5500万光年,也就是说,这道来自5500万年前的凝视,今天才终于抵达。

这道光刚刚发射的时候,地球上恐龙已经灭绝;

它进入银河系的时候,我们的祖先刚刚走出非洲;

它经过太阳的时候,你刚刚点开这篇文章;

它遇到了你,“黯淡蓝点”上终于诞生的人类,一种可以理解它、观测它、甚至为它写故事的生命。

如果可以对话,真想问问:我们对你的想象,还满意吗?


看!黑洞在跟你say hi!_第12张图片

(图片来源:@阿信)

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拍摄黑洞的难点


这是一个难以想象的大科学计划:用分布全球的8个观测点,组成一个口径如地球直径大小的虚拟望远镜。条件苛刻的观测点,包括夏威夷和墨西哥的火山、西班牙的内华达山脉、智利的阿塔卡马沙漠、南极点等。

要顺利拍照,不仅要“看”得远,还要选对频道。“对黑洞成像而言,最佳的波段进行观测至关重要,这个波段就在1毫米附近,成像的分辨率相当于能在黑龙江漠河阅读南沙群岛上的一张报纸。”路如森说。

不同的望远镜各有所长。正是给黑洞拍照的这一特殊要求,让包括“中国天眼”在内的一些大型望远镜“束手旁观”。

专家解释,这一波段的黑洞电磁波辐射最明亮,而背景“噪音”的干扰又最小。

拍照难,洗照也不易。望远镜记录下的海量数据,需要进行复杂的后期处理和分析,才能获取最终的黑洞图像。


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中国对探测黑洞的贡献


从首张月背照片到首张黑洞照片,人类观测宇宙的新窗口正在不断打开。在探索宇宙奥秘的征程中,中国也不断贡献着智慧。

我国科学家全程参与了给黑洞拍照这项国际合作,在早期推动这一项国际合作、望远镜观测时间申请、夏威夷望远镜观测运行、后期数据处理和理论分析等方面均做出了贡献。

沈志强说,基础科学研究的国际合作是大势所趋,但很多时候不能只靠经费投入“凑份子”,前期研究和人才积累是取得合作“话语权”的重要因素。

从“中国天眼”(FAST)到“世界巨眼”(SKA),从人类基因组测序到泛第三极环境研究,近年来,中国参与国际合作的广度和深度不断加大,在吸收世界创新养分的同时,也不断贡献中国智慧。


“在伟大梦想的支持下,人类科学探索的脚步,将永不停歇。”沈志强说。


而关于拍摄到黑洞这张照片的历史壮举时刻,不得不提的一个人就是女科学家凯蒂·博曼(Katie Bouman)。


看!黑洞在跟你say hi!_第15张图片


三年前,身为麻省理工学院(MIT)计算机科学系研究生的 Katie Bouman 带领的一支研究团队,就打造了一套编译 EHT 数据用的强大算法。她提出的算法让各大望远镜收集到的数据可以“拼”到一起,这才有了这张弥足珍贵的黑洞照片。


该软件在马克斯普朗克射电天文研究所、以及麻省理工学院海斯塔克天文台高度专业化的超级计算机上运行。


去年夏天的时候,研究团队开始向超算输入射电望远镜的数据,并慢慢处理这张后来被全世界人们所看到的黑洞边界图像。


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 在这项工作中, Katie Bouman及她的科研团队,是最早看到这张黑洞图像的一批人。


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作为首次看到黑洞真身的碳基生命:人类,我个人觉得无比幸运。不过,这仅仅是一个开始,事件视界望远镜对M87和银河系中心黑洞于2017年都进行了观测,4月10 日公布的只是其中一个,另一个的数据处理分析还在进行中。未来的观测更可期待。


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