你有沒(méi)有想過(guò)，連光都逃不走的黑洞，人類(lèi)是怎么給它拍照的？這感覺(jué)就像要拍一張隱形的UFO照片，聽(tīng)起來(lái)簡(jiǎn)直像科幻小說(shuō)里的情節(jié)對(duì)吧？但2019年那張轟動(dòng)全球的M87星系黑洞照片，硬生生把科幻變成了現(xiàn)實(shí)。今天咱們就掰開(kāi)了揉碎了，聊聊這背后的神操作。

?? 黑洞成像的基本原理：用整個(gè)地球當(dāng)鏡頭

要搞懂黑洞照片怎么拍的，得先明白科學(xué)家玩的是什么套路。黑洞本身確實(shí)不發(fā)光，但它周?chē)患訜岬綆装偃f(wàn)度的物質(zhì)會(huì)發(fā)出強(qiáng)烈輻射——這就相當(dāng)于給黑洞打了個(gè)逆光，在漆黑背景里勾勒出它的輪廓。

但問(wèn)題來(lái)了：離我們5500萬(wàn)光年的M87黑洞，在天空中看起來(lái)就像月球上的一個(gè)甜甜圈。普通望遠(yuǎn)鏡？給它裝上哈勃望遠(yuǎn)鏡的鏡頭都不夠看！這時(shí)候科學(xué)家們祭出了終極大招——事件視界望遠(yuǎn)鏡（EHT）。這個(gè)項(xiàng)目把全球8臺(tái)頂級(jí)射電望遠(yuǎn)鏡聯(lián)網(wǎng)，硬生生造出了個(gè)地球直徑的"虛擬望遠(yuǎn)鏡"，分辨率相當(dāng)于能看清紐約街頭的一枚硬幣。

??? 技術(shù)挑戰(zhàn)三座大山：同步、天氣、數(shù)據(jù)量

你以為把望遠(yuǎn)鏡聯(lián)網(wǎng)就完事了？這里頭的技術(shù)難關(guān)多得能壓垮駱駝：- 原子鐘同步難題：每臺(tái)望遠(yuǎn)鏡必須用氫原子鐘保持千萬(wàn)分之一秒的同步精度，差一丁點(diǎn)數(shù)據(jù)就廢了- 大氣干擾打地鼠：水蒸氣會(huì)吸收無(wú)線(xiàn)電波，所有觀測(cè)點(diǎn)都得選在海拔3000米以上的干旱地區(qū)- 數(shù)據(jù)洪水來(lái)襲：?jiǎn)未斡^測(cè)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)要用半噸重的硬盤(pán)存儲(chǔ)，總數(shù)據(jù)量夠你連續(xù)看8萬(wàn)年高清電影

最絕的是2017年那次聯(lián)合觀測(cè)，全球天文臺(tái)就像約好似的，在同一周里盯著M87黑洞猛拍。智利的ALMA望遠(yuǎn)鏡團(tuán)隊(duì)甚至把設(shè)備裹得像粽子，生怕潮濕空氣影響觀測(cè)精度。

?? 數(shù)據(jù)拼圖游戲：5PB數(shù)據(jù)怎么變成一張圖？

拍完才是萬(wàn)里長(zhǎng)征第一步——全球團(tuán)隊(duì)拿到的原始數(shù)據(jù)足足有5PB（相當(dāng)于50億張自拍照）。處理這些數(shù)據(jù)用了整整兩年，原因在于：1. 不同望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)存在時(shí)間差和角度差2. 需要排除星際介質(zhì)產(chǎn)生的信號(hào)干擾3. 缺失數(shù)據(jù)得靠算法智能補(bǔ)全

這時(shí)候就顯出人類(lèi)的智慧了。四個(gè)獨(dú)立團(tuán)隊(duì)用不同算法處理數(shù)據(jù)，最后結(jié)果竟然驚人一致！這波操作不僅驗(yàn)證了愛(ài)因斯坦的預(yù)言，還順帶證明了科學(xué)家們沒(méi)集體發(fā)瘋。

?? 為什么說(shuō)這張照片改變了天文學(xué)？

別看就一張模糊的橘色圈圈，它可是砸實(shí)了三個(gè)重大發(fā)現(xiàn)：- 證實(shí)事件視界存在：那個(gè)黑色陰影區(qū)域完美符合理論預(yù)測(cè)- 驗(yàn)證相對(duì)論精度：在強(qiáng)引力場(chǎng)環(huán)境下，愛(ài)因斯坦又雙叒叕對(duì)了- 開(kāi)啟新時(shí)代：我們終于有工具直接觀測(cè)宇宙最極端天體

有意思的是，最初拍到的黑洞影像其實(shí)有好幾個(gè)版本。科學(xué)家們特意選了那個(gè)"像融化甜甜圈"的版本發(fā)布，就因?yàn)橛X(jué)得這個(gè)造型最接近公眾想象——你看，搞科學(xué)的也懂傳播心理學(xué)呢！

?? 未來(lái)還能拍更清楚的黑洞照片嗎？

聽(tīng)說(shuō)EHT團(tuán)隊(duì)正在憋大招：- 新增格陵蘭望遠(yuǎn)鏡和非洲陣列，分辨率再翻倍- 嘗試拍攝銀河系中心人馬座A*的動(dòng)態(tài)視頻- 開(kāi)發(fā)空間射電望遠(yuǎn)鏡，把"鏡頭"擴(kuò)展到月球軌道

不過(guò)要說(shuō)最酷的，還得數(shù)我國(guó)參與的亞毫米波陣列。位于西藏的觀測(cè)站憑借海拔5250米的絕佳位置，未來(lái)可能會(huì)成為拍攝黑洞電影的C位選手。說(shuō)不定哪天我們刷手機(jī)時(shí)，就能實(shí)時(shí)看到黑洞吞噬恒星的直播畫(huà)面呢！

從2019年那張開(kāi)創(chuàng)性的照片到現(xiàn)在，黑洞照片怎么拍的這個(gè)問(wèn)題，早就超越了技術(shù)層面。它證明了當(dāng)人類(lèi)擰成一股繩時(shí)，連宇宙最神秘的角落都能被照亮。下次抬頭看星空時(shí)，你大可以嘚瑟地跟朋友說(shuō)："瞧見(jiàn)沒(méi)？那坨黑漆漆的玩意兒，咱們地球人可是給它拍過(guò)寫(xiě)真的！"