遥望长生
北京时间2019年4月10日21:00，中科院将在上海天文台发布世界上首张黑洞的照片。这可以说是今年天文学上最重大的事情之一。
黑洞是大质量天体发生重力坍缩后的产物，因为它的引力非常大，在一定范围内（史瓦西半径）光都不能逃脱它引力场。所以，它被命名为“黑洞”。
图：电脑模拟的黑洞
因为黑洞几乎不发出光（只有极其微弱的霍金辐射），所以几乎无法对它进行直接观测。这次采用了“事件视界望远镜”对其进行观测，实际上也只是拍摄出了黑洞的吸积盘和黑洞喷流，从而使得它显露出外形轮廓。
图：射电望远镜（FAST）
事件视界望远镜（EHT）实际上不是一台天文望远镜，而是由来自12个国家的30多所研究机构的很多台射电望远镜组成的阵列，它的口径等效于地球的直径。它们在同一时间段里对着银河系核心（人马座A*）和位于北天球的椭圆星系M87星系中央的特大质量黑洞进行观测。
图：
人马座A*
图：
多波段合成的M87星系中央的黑洞
由于数据量太大，无法使用互联网传递数据。只有将数据硬盘寄到美国马萨诸塞州的MIT海斯塔克天文台以及位于德国波恩的马克斯普朗克电波天文研究所利用超级计算机进行处理。一次5天的观测产生的数据大约有7PB，大约要用1000～2000个硬盘来装。
以前的黑洞照片都是由电脑模拟出来的，有一些想象的成分在里面。有些明显有些夸大，例如下面这张：
图：黑洞
实际上黑洞的半径非常的小，10倍太阳质量的黑洞半径只有约30千米，1000个太阳质量的黑洞只有地球这么大，100亿个太阳质量的黑洞只有10多个太阳系这么大。
这次拍摄到的黑洞照片应该和电脑模拟的黑洞照片相差不大。但笔者真心希望黑洞的真实照片与模拟的大不相同，这就可能会导致理论的修改，也意味着物理学的突破。
讲科学堂
4月10号真正的黑洞照片要公布了，在没公布前大家猜猜黑洞是长啥样？
无论是在科幻大片中，还是在各种天体的图片资料中，对于黑洞大家应该在熟悉不过，毕竟《星际穿越》热映时，对那个卡冈图雅黑洞的印象太深了！当然也非常感谢《星际穿越》对于科学尊重，为了制作一个“真实”的黑洞形象，邀请不少科学家作为科学顾问团队，使得我们看到了从未如此接近实景状态的黑洞！当然再真实的模拟它依然是模拟，但此次事件视界望远镜却从前所未有的规模与角度上将位于银心的Sgr A*底裤扒了个精光！
比卡冈图雅更接近实际形象的黑洞模拟图，当然黑洞事件视界的照片要到4月10日晚上才会赶工出来，在这个青黄不接的时刻仍然只能拿模拟图凑数！尽管我们还看不到真实的黑洞照片，但我们可以趁此不妨了解下事件视界照片是怎么来的！
一、什么是事件视界望远镜？
事件视界望远镜(EHT)并不是一个单独的望远镜，而是分布在西半球8个大型射电望远镜及阵列组成的观测网络，包括大名鼎鼎的阿塔卡马大型毫米波亚毫米波阵列（ALMA）为主观测望远镜，阿塔卡马探路者实验（APEX）、阿塔卡马次毫米波实验望远镜（ASTE）以及赫兹望远镜（AROSMT）和IRAM 30米望远镜（IRAM）、麦克斯威尔望远镜（JCMT），还有大型毫米波望远镜（LMT）等组成一个模拟地球口径的超级望远镜！
二、为什么要那么大口径的望远镜？
上图是EHT的LOGO，非常形象的以一个地球简化图为标志，含义是地球口径大小的望远镜！为什么对银心黑洞Sgr A*黑洞成个像要如此大口径的望远镜？
尽管银心黑洞有高达400万倍太阳质量，但它的史瓦希半径只有1200万千米，即事件视界的直径只有2400万千米，但它与地球之间的距离高达2.6万光年！假如要从光学波段来对黑洞的事件视界来成个像的话，那需要用如下公式来计算一番：
银心黑洞的视界尺寸/距离=1.22×波长/望远镜口径
视界直径：2400万千米
距离2.6万光年
波长：可见光550nm
望远镜口径：？=6.88KM，看起来并不大哈，但是同志们请注意了，这是光学波段的望远镜口径，很明显这是达不到的！
其实射电波段也同样达不到，理论上射电波段来解析银心黑洞的话，由于其分辨率低，其口径将更大！按波长1MM的毫米波计算，甚至需要地球直径般大小的射电望远镜！因此采用了望远镜阵列的干涉模式，将多个在不同位地理位置的望远镜阵列同步工作，制造一个超大口径的干涉模式下的望远镜！
三、为么FAST不参与？
要知道FAST可是有着500M口径的射电望远镜！很多朋友认为它不参与是因为银心位于南半球，其实这并不是关键，因为北半球也可以看到！而且FAST是球面镜，对于其可视角度内都可以观测的！
尽管口径会减小，但其有效口径依然大的可怕！
这就要从银心成像的毫米波段说起了，EHT选择毫米波段是有原因的，其中一个很大原因是分辨率，波段越短分辨率越高，因为银心发出的各种射电信号，非常杂乱，越高的频率则分辨率越高！
EHT工程师Doeleman如是说“当波长大于2毫米时，观测银河系中心就像“从结霜的浴室玻璃向外看”，而当波长小于等于1毫米时，“结霜的玻璃就会奇迹般地变得清晰”！从波段选择上就把FAST给排除了，因为FAST主要观测的是波长0.3M左右的射电信号！另外还有一个重要原因是此次观测最重要的参与者阿塔卡马大型毫米波亚毫米波阵列（ALMA），它的位置就决定了其他参与观测的范围！
因为干涉阵列工作的第一要求是同时参与，因此观测时候只能在同时看到人马座银心方向的所有望远镜，我们以南美智利阿塔卡马望远镜阵列为中心时，您将发现中国根本就不在画面上！因此FAST第一波段不合适，第二位置不合适，因此它将无缘此次观测！
四、最终将获得怎样的事件视界的照片？
也许就如上图，左侧明亮右侧黑暗是多普勒效应所致，就如普消望远镜（有比较严重色差）观测明亮天体时的紫边，您将发现左右是不一样的！不过各位无需焦急，因为还有两天时间就可以见分晓了哈！
星辰大海路上的种花家
需要更正下，严格说4月10号要公布的并不是黑洞本体的照片，而是黑洞视界外的景象。黑洞视界外和视界内是两个世界，黑洞本体可能只是黑洞中央的一个小点。
黑洞这个称呼代表了黑洞的能力，就是内部没有光射出，对于人类来说就是没法观测的。但是从理论上来说，黑洞能形成视界，所谓视界指的是事件被观测到的界限。视界外和视界内是两种景象，视界外由于黑洞的引力形成的时空弯曲不足以限制所有射线、光线，对于人类是可以观测的。以往没有观测到黑洞视界外的景象是因为黑洞一般距离地球太遥远了，视界外非常强的能量释放过程在经过层层天体、星云的阻隔后就变得十分微弱，以往人类的观测手段难以捕捉到，因此多是通过黑洞周围物质运动现象来证明黑洞的存在。
黑洞是物质无限压缩形成的，因为密度十分大，因此体积不是特别大的情况下就能造成十分显著的时空弯曲，黑洞的真正面貌也许只能在人类有能力进入黑洞视界才能最终确认，目前自然还是不现实的。以往观测黑洞是通过记录星系中央恒星的运动规律，通过观测可以知道，银河系中央区域的黑洞运行速度非常快，只有理论上黑洞那样引力强大的天体才能引起。这次的黑洞照片是利用分布在全球各地的天文望远镜，组合在一起获得了迄今最强的黑洞视界外的信号，是经过10天曝光捕捉信号，然后用1年时间分析组合出来的图像。
观测黑洞视界外的景象是研究黑洞具体构成的第一步，这次观测上的成就也能说明用事件视界望远镜那种方式可以大大提升人类的观测能力，未来将获得更多重要的科学发现。
来看世界呀
这就是……😱😱😱
