就在剛剛，北京時(shí)間4月10日21點(diǎn)，事件視界望遠(yuǎn)鏡（EHT）在全球六地（上海、臺(tái)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(gè)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(duì)科學(xué)家來說，黑洞有著無窮的魅力，但對(duì)普通人來說，可能很多人只聽聞過黑洞的名號(hào)，卻不一定能清晰地說出黑洞到底是什么？

人們對(duì)黑洞最常見的想象，是一個(gè)“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(gè)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?jǐn)?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(huì)坍縮成一個(gè)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(gè)恒星死亡后形成的體積極小、密度極大的天體，它引力很強(qiáng)，會(huì)將周圍的物質(zhì)吸進(jìn)去，包括光也無法逃脫。

 人類是如何一步步接近黑洞的？ 

事實(shí)上，人類對(duì)黑洞的探索早在18世紀(jì)就開始了，對(duì)黑洞的了解貫穿了人類科技飛速發(fā)展的近300年時(shí)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(gè)猜想：在宇宙中有一種天體，它的引力非常強(qiáng)，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(duì)黑洞最原始的想法。

真正對(duì)于黑洞的推導(dǎo)，來自愛因斯坦在1915年發(fā)表的廣義相對(duì)論，在廣義相對(duì)論提出幾個(gè)月后，德國物理學(xué)家史瓦西推導(dǎo)出了廣義相對(duì)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(shí)，就會(huì)變成黑洞。

△ NASA大天文臺(tái)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(shí)空問題。而“黑洞”這個(gè)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(gè)二元系統(tǒng)的特征表明它是由一個(gè)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(gè)，整個(gè)銀河系中可能有上億個(gè)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(duì)這種兩個(gè)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(shí)起，科學(xué)家想要觀測黑洞的野心更加強(qiáng)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(xì)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(gè)研究所的科學(xué)家，組建起了一個(gè)“EHT項(xiàng)目”。終于在2017年4月，他們對(duì)黑洞進(jìn)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(gè)射電望遠(yuǎn)鏡陣列組成一個(gè)虛擬望遠(yuǎn)鏡網(wǎng)絡(luò)，它們分布在地球的不同地點(diǎn)，北到西班牙，南到南極，同時(shí)對(duì)黑洞的視界面展開觀測。

△ 8個(gè)望遠(yuǎn)鏡分布示意圖

今天新聞里一直說的“EHT”，就是這個(gè)虛擬的望遠(yuǎn)鏡網(wǎng)絡(luò)，它又被稱為“事件視界望遠(yuǎn)鏡”，縮寫為EHT（Event Horizon Telescope）。

EHT的主要觀測對(duì)象有兩個(gè)，分別是位于銀河系中的超級(jí)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(gè)射電望遠(yuǎn)鏡陣列花費(fèi)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(shí)時(shí)拍攝”到的。

△ “事件視界望遠(yuǎn)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(gè)觀測點(diǎn)的數(shù)據(jù)匯集到數(shù)據(jù)中心由科學(xué)家們進(jìn)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(jìn)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(huì)覺得奇怪，黑洞的照片怎么會(huì)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(huì)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(shí)，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(gè)球形的表面，這個(gè)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(shí)候，恒星量級(jí)（從3個(gè)太陽質(zhì)量到100個(gè)太陽質(zhì)量大?。┑暮诙磿?huì)存在于一個(gè)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(gè)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(huì)像飛速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)盤上的水一樣，被沿著轉(zhuǎn)動(dòng)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(huì)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(huì)有怎樣的感受？ 

在很多人看來，黑洞仿佛是一個(gè)可以吞噬一切的宇宙怪物，其實(shí)并非如此，只有在黑洞視界這個(gè)界面附近，才會(huì)出現(xiàn)黑洞特有的時(shí)空變形。所以當(dāng)你身處黑洞視界時(shí)，你會(huì)感受到一種對(duì)腳和頭的奇怪而強(qiáng)烈的拉伸感。

在經(jīng)典物理學(xué)中，重力的強(qiáng)度取決于物體之間的距離，就像地球上靠近月亮的地方會(huì)比較遠(yuǎn)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?yàn)楸任覀兊念^更接近地球的中心，所以受地球的吸引也就更強(qiáng)，而兩者之間的引力差就會(huì)形成一個(gè)拉伸的力量。但因?yàn)樵诘厍虮砻?，這個(gè)力的強(qiáng)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(huì)因此變高。

但在黑洞視界附近時(shí)，這種差異就很明顯了，如果面對(duì)的是一個(gè)質(zhì)量為10個(gè)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(gè)巴黎地區(qū)的人都掛在你的腳踝上一樣。

關(guān)于太空知識(shí)，你還可以讀：

《太空之眼：哈勃望遠(yuǎn)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

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