望远镜团队拍下黑洞第一张照片

对于人类而言，视觉信息有着强大的力量。当伽利略将望远镜指向天空，地心说的根基便开始动摇；当列文虎克将显微镜对准水滴，微生物的世界首次向人类敞开。如今，事件视界望远镜（EHT)合作组织刚刚拍下黑洞的第一张照片，我们还仍不知道前方有怎样的惊喜在等待。

尽管此前的天文观测已经拍到过黑洞周围的物质，计算机模拟图像也预测了黑洞可能的模样，直接观测黑洞仍然具备非凡的意义。“要想检验一个理论，你就得到这些极端的宇宙实验室去，”EHT发起者和首任主管、哈佛大学资深研究员谢泼德·多尔曼说。

并且，这一技术的实现还意味着更多激动人心的可能。其他的黑洞是什么样子？我们何时能看到黑洞的动态视频？对黑洞内部进行观测有可能实现吗？多尔曼说：“重大发现能回答一些问题，但最好的总在前面——我们正处在一个黑洞研究新时代的开端。

事件视界望远镜团队的成立要从人马座A*(SgrA*)说起。这是一个位于银河系中央，离我们约26000光年，距离地球最近的超大质量黑洞。根据理论的预测，在观测黑洞时，“我们会看到一个阴影，被明亮的光芒环绕。阴影之内隐藏着黑洞真正的边界，即事件视界（event horizon)，包括光线在内的任何物质一旦跨过边界，就无法从黑洞强大的引力场中逃脱。

从事件视界边沿逃逸出来的光线和其他波段的电磁波，就是天文学家研究黑洞的重要线索。在20世纪90年代，科学家已经在3.5毫米（mm)波长对SgrA*进行了观测，但是效果并不理想。因此从上世纪90年代末开始，多尔曼和同事希望将观测目标转向波长1.3mm的波，他说这是为了把握“宇宙级的巧合”。他解释，这样的亚毫米波由紧邻黑洞边缘的炽热气体发出，既不容易被这些炽热的气体散射，也不容易被银河系中较冷的气体散射，因而能够一路穿过广衰的宇宙抵达地球，被高海拔地区的望远镜捕获。

望远镜的分辨率取决于观测波长和望远镜口径的比值。一台望远镜的观测波长越短，图像分辨率就越高。多尔曼团队利用设在夏威夷、亚利桑那州和加利福尼亚州的多台射电望远镜同时对同一目标进行观测，然后将数据汇总处理，这相当于得到了一台超大型望远镜。这是射电天文学中常用的观测手段，称为甚长基线干涉技术（VLBI)。但是，改变观测波长意味着需要对设备进行重大改进。

多尔曼说：“对于1.3mm波长，望远镜上原有的探测器的灵敏度不如3.5mm波长那么理想，因此我们需要开发一套全新的VLBI设备，以便用更快的速度、更大的带宽进行记录。”相关的电子设备和原子钟也需要进行升级。而且，项目中的一些望远镜此前不支持VLBI技术，研究团队需要到观测点安装相应的设备。

这一切努力在当时完全是一场冒险。多尔曼回忆：“在20世纪90年代，利用位于西班牙和法国的望远镜在1.3mm波长得到的测量结果中，阴影的特征非常不清晰，无法生成图像，也无法测量它的大小……当时我们都不清楚EHT项目是否可行。有人怀疑不值得朝这个方向继续努力，但也有人觉得我们应该再次尝试，看看能不能得到更精确的观测结果。”

到2008年，多尔曼团队终于完成了对SgrA*阴影的观测，结果完全符合理论预测。“当我第一次看到来自Sgr A*的信号，我久久地盯着计算机屏幕，不敢相信自己看到了什么，”多尔曼回忆，“那是一个奇妙的发现时刻，我希望所有的科学家都能体验。”

直到这一刻，科学界才确信：对黑洞拍照完全可行。


文章摘选自《环球科学》