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就在剛剛，北京時間4月10日21點，事件視界望遠鏡（EHT）在全球六地（上海、臺北、布魯塞爾、圣地亞哥、東京和華盛頓），共同發(fā)布了人類觀測到的首張黑洞照片——室女座的橢圓星系M87中的超大質(zhì)量黑洞。 這個黑洞距離地球5500萬光年，中心黑洞的質(zhì)量是太陽的65億倍。 今天這一刻，我們都是人類歷史的見證者。 黑洞到底是什么？ 雖然對科學(xué)家來說，黑洞有著無窮的魅力，但對普通人來說，可能很多人只聽聞過黑洞的名號，卻不一定能清晰地說出黑洞到底是什么？ 人們對黑洞最常見的想象，是一個“黑色的洞”，那么黑洞到底是什么？ 《一想到還有95%的問題留給人類，我就放心了》中提到，恒星（比如太陽就是一顆恒星）可以理解為一個不斷爆炸中的熱核彈，而引力讓它一邊爆炸一邊不散架，它可以這樣維持數(shù)十億年之久。當(dāng)燃料耗盡，恒星內(nèi)部的壓力也就不復(fù)存在，在引力的作用下，它就會坍縮成一個黑洞。 《一想到還有95%的問題留給人類，我就放心了》 [巴拿馬] 豪爾赫 · 陳 & [美] 丹尼爾 · 懷特森 | 著 茍利軍 張曉佳 郝小楠 | 譯 2018年12月 未讀 · 探索家 出品 黑洞就是這樣一個恒星死亡后形成的體積極小、密度極大的天體，它引力很強，會將周圍的物質(zhì)吸進去，包括光也無法逃脫。 人類是如何一步步接近黑洞的？ 事實上，人類對黑洞的探索早在18世紀(jì)就開始了，對黑洞的了解貫穿了人類科技飛速發(fā)展的近300年時間。 1796年，法國科學(xué)家拉普拉斯曾在他的《宇宙系統(tǒng)論》中做出一個猜想：在宇宙中有一種天體，它的引力非常強，以至于光線都無法逃脫，他把這類天體稱為“封閉星體”。這就是科學(xué)家對黑洞最原始的想法。 真正對于黑洞的推導(dǎo)，來自愛因斯坦在1915年發(fā)表的廣義相對論，在廣義相對論提出幾個月后，德國物理學(xué)家史瓦西推導(dǎo)出了廣義相對論球?qū)ΨQ引力場的嚴(yán)格解，還提出了物體的史瓦西半徑的概念，當(dāng)一顆恒星收縮到這一半徑大小時，就會變成黑洞。 △ NASA大天文臺錢德拉、哈勃和斯皮策聯(lián)合拍攝的這張圖中，我們銀河系中心的超大質(zhì)量黑洞位于右側(cè)的亮白色區(qū)域，圖自未讀 · 探索家《天體寫真》 1962年，新西蘭物理學(xué)家羅伊 · 克爾解決了旋轉(zhuǎn)黑洞（即克爾黑洞）的引力場和時空問題。而“黑洞”這個名稱，直到1967年，才由美國理論學(xué)家約翰 · 阿奇博爾德 · 惠勒第一次提出。 但以上都僅僅是理論上的研究，能證明黑洞真正存在的證據(jù)出現(xiàn)在1971年：天體物理學(xué)家們探測到了天鵝座X-1，這個二元系統(tǒng)的特征表明它是由一個黑洞和一顆巨大恒星組成的。 △ 藝術(shù)家概念圖中的天鵝座X-1黑洞，圖自未讀 · 探索家《太空飛行課》 到目前為止，人類觀察到的、有精確質(zhì)量測量的黑洞大約有20個，整個銀河系中可能有上億個黑洞存在。 本次照片是如何獲得的？ 雖然有多重證據(jù)證明了黑洞的存在，但人類仍舊想要直接“看”到它的真容。 還記得2015年刷屏的“引力波”，對這種兩個黑洞互相繞轉(zhuǎn)產(chǎn)生的引力波之聲的成功探測，讓科學(xué)界為之振奮。從那時起，科學(xué)家想要觀測黑洞的野心更加強烈了。
△ 哈勃觀測到的巨型橢圓星系M87的核心，天文學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了明顯是從其核心發(fā)射出來的巨大噴流的新細節(jié)，這些觀測結(jié)果被解釋為超大質(zhì)量黑洞存在的確定性證據(jù)，圖自未讀 · 探索家《太空之眼》 2006年，由麻省理工學(xué)院聯(lián)合了30多個研究所的科學(xué)家，組建起了一個“EHT項目”。終于在2017年4月，他們對黑洞進行了一場充滿雄心壯志的觀測。今天我們看到的“照片”，就是這次觀測的成果。 科學(xué)家們把8個射電望遠鏡陣列組成一個虛擬望遠鏡網(wǎng)絡(luò)，它們分布在地球的不同地點，北到西班牙，南到南極，同時對黑洞的視界面展開觀測。
△ 8個望遠鏡分布示意圖 今天新聞里一直說的“EHT”，就是這個虛擬的望遠鏡網(wǎng)絡(luò)，它又被稱為“事件視界望遠鏡”，縮寫為EHT（Event Horizon Telescope）。 EHT的主要觀測對象有兩個，分別是位于銀河系中的超級黑洞Sgr A*和位于室女座的橢圓星系M87中的巨大黑洞。 雖然這8個射電望遠鏡陣列花費高昂，且觀測陣仗極大，但今天的照片仍舊不是我們理解的“實時拍攝”到的。
△ “事件視界望遠鏡”的主要觀測站，位于智利的阿塔卡馬大型毫米波/亞毫米波陣列（ALMA）/Wikipedia EHT的觀測，是通過收集到大量關(guān)于黑洞的數(shù)據(jù)信息，再把每個觀測點的數(shù)據(jù)匯集到數(shù)據(jù)中心由科學(xué)家們進行分析比較，最終形成了這張圖像。 可以想到，EHT收集的信息量必然十分龐大，所以這次“沖洗”照片足足進行了兩年之久。這也解釋了為什么2017年觀測到的“黑洞真容”，要等到今天才公布。
我們是怎么找到黑洞的？ 可能你會覺得奇怪，黑洞的照片怎么會被拍到呢？眾所周知，眼睛得接收物體反射的光才能看見它們的樣子。而黑洞不會放過任何一縷試圖逃逸的光，所以黑洞注定無法被看到，隱匿于茫茫宇宙中。那天文學(xué)家是怎么確定這就是黑洞的呢？ 其實，在《給好奇者的暗黑物理學(xué)》一書中有提到，在光線和物質(zhì)都無法逃逸的區(qū)域外有一個球形的表面，這個表面就是黑洞的邊界，也就是黑洞的“事件視界”。
《給好奇者的暗黑物理學(xué)》 [法] 羅蘭 · 勒烏克 & [法] 文森特 · 博滕斯 丨著 張芳 丨 譯 2018-9 未讀 · 探索家 在某些時候，恒星量級（從3個太陽質(zhì)量到100個太陽質(zhì)量大?。┑暮诙磿嬖谟谝粋€恒星周圍，將恒星的氣體“吸”到自己身邊，在事件界面上產(chǎn)生一個圍繞黑洞旋轉(zhuǎn)的氣體盤，即吸積盤。 當(dāng)吸積氣體過多，一部分氣體在掉入黑洞視界面之前，會像飛速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)盤上的水一樣，被沿著轉(zhuǎn)動方向拋射出去，形成噴流。 而吸積盤和噴流兩種現(xiàn)象中的氣體，都會因摩擦而發(fā)出耀眼的光亮，所以很容易被科學(xué)家探測到，黑洞的藏身之處也就因此暴露了。
如果我們在黑洞視界，會有怎樣的感受？ 在很多人看來，黑洞仿佛是一個可以吞噬一切的宇宙怪物，其實并非如此，只有在黑洞視界這個界面附近，才會出現(xiàn)黑洞特有的時空變形。所以當(dāng)你身處黑洞視界時，你會感受到一種對腳和頭的奇怪而強烈的拉伸感。
在經(jīng)典物理學(xué)中，重力的強度取決于物體之間的距離，就像地球上靠近月亮的地方會比較遠的區(qū)域更容易受到月亮的吸引，從而形成海水的潮起潮落一樣，我們的腳因為比我們的頭更接近地球的中心，所以受地球的吸引也就更強，而兩者之間的引力差就會形成一個拉伸的力量。但因為在地球表面，這個力的強度非常微弱，不到你體重的百萬分之一，所以千萬別指望你會因此變高。 但在黑洞視界附近時，這種差異就很明顯了，如果面對的是一個質(zhì)量為10個太陽質(zhì)量的黑洞的話，你感受到的牽引力就好像是你被吊起來，而整個巴黎地區(qū)的人都掛在你的腳踝上一樣。 關(guān)于太空知識，你還可以讀：
《太空之眼：哈勃望遠鏡25年太空探索全紀(jì)錄》 大衛(wèi) · 德沃金 & 羅伯特 · 史密斯 丨 著 孫正凡 丨 譯 2016-11 未讀 · 探索家
《天體寫真： 高清天文攝影之美》 [英] 羅德里 · 埃文斯 丨 著 孫正凡 丨 譯 2017-10 未讀 · 探索家
《給忙碌者的天體物理學(xué)》 尼爾 · 德格拉斯 · 泰森 丨 著 孫正凡 丨 譯 2018-6 未讀 · 探索家 互動話題 你想對黑洞說些什么？ ?? 編輯 = 鏡子、Cellur 圖片來源 = 網(wǎng)絡(luò)、 GIPHY 商務(wù)合作 wd@unreadsky.com
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