小嘉嘉看世界

第一张真实的黑洞照片来相当来之不易，早在2017年4月份就已经完成拍摄，但直到今天，过了整整两年，才有了第一张的照片。这其中过程非常困难，即便以超级计算机来处理，也需要非常漫长的时间。

为了拍摄到位于五千多万光年之外的超大质量黑洞，需要分布在全球的8个天文台的射电望远镜同时对目标进行拍摄。通过干涉技术，可以使射电望远镜的等效直径达到地球直径，从而有能力分辨出遥远黑洞的事件视界。

虽然实际的观测时间只有五天，但产生了海量的观测数据，相当于大型强子对撞机在五年内产生的数据。如此庞大的数据量，甚至都无法在线传输。为此，天文学家只能把数据记录在硬盘中，然后再送到两个独立的数据中心——马克斯·普朗克射电天文学研究所和麻省理工学院。在那里，数据被超级计算机分别进行独立处理。

数据量不但极其庞大，而且处理起来还极其麻烦。因为环绕黑洞运行的气体运动非常复杂，没有现成的工具可以进行处理。另外，超级计算机还要校准不同望远镜接收到信号的时间差，而这又是一项庞大的工程。

总之，对于黑洞的数据处理是前所未有的。即便在超级计算机的辅助下，仍然需要两年的时间才能把第一张黑洞照片“冲洗”出来。

虽然耗费了两年的时间，但最终得到的真实黑洞照片可能并非人们想象的那么壮观。但不管怎样，这张真实黑洞照片的意义十分重大，这能直接证明黑洞存在，并且又一次十分严苛地检验了爱因斯坦的广义相对论。

火星一号

我在其他地方回答过，我在这里再补充重新回答一下呀。

这次拍照片可不是咔嚓一声就拍完了，而是要经过漫长的数据收集、数据处理和校对的过程。

这次的照片，拍摄的对象是银河系中心的巨大黑洞人马座A*和M87星系的黑洞，分别距离地球为2.6万光年和5300万光年，遥远的距离让地球上所有的望远镜都表示无能为力。

但是，科学家偏偏表示就是要拍到黑洞的照片——一台望远镜不行就多用几台，最后凭借被称为“甚长基线干涉”的技术拍到了黑洞的真实相貌。照片的拍摄方法如下图所示。

简单说，一台望远镜看不清楚的东西，我用几台望远镜同时看，把看到的图像一对比就可以呃看到更加精细的景象。这样的行为实际上需要很多的天文台同时工作才可以承担起拍摄的任务。

事实上，这次拍摄黑洞，一共动用了全球八个天文台【位置如下图所示】，通过这个“甚长基线干涉”技术，可以相当于虚拟出来一个跟地球那么大的望远镜。

当然了，由于真实望远镜的口径还是就那么一点点，所以就好像我们拍照片遇到比较黑的场景只能够延长曝光时间一样，为了让天文望远镜接受更多来自黑洞的无线电信号，所以可不是按一下快门、咔嚓一声黑洞就拍到了，而是要进行长时间的跟踪，获取大量的数据。

事实上，在2017 年 4 月，给黑洞拍照的团队对黑洞进行了长达 10 天的拍摄，在这十天里获得了极为庞大的观测数据，甚至于大到都无法用网络发送，只能够装到硬盘里面由人进行人肉传输。

<strong>如下图所示，是黑洞照片发布时候的一个演讲者，他手边的那个就是硬盘架，一个硬盘架可以放8个硬盘，而根据他的说法，为了存储这些数据，他们需要几百个这样的硬盘架。所以数据从一个天文台到另一个天文台，是需要拿卡车装硬盘的。

而从这八个天文台获得的海量数据里面，如何用刚刚提到的“甚长基线干涉”技术应用到其中，恢复出来黑洞的样貌出来，那就真的是要靠科学家一点一点尝试了。

毕竟从理论到现实，中间需要进行大量的试错，有些时候可能一个参数设定差了一点点就会模糊不清，甚至于获得的图像南辕北辙，也许在分析的时候，还要用上超级计算机这样的大家伙，普通电脑的计算能力根本就不够。

如下图所示，就是工作人员在解释照片冲洗的整个过程。首先是望远镜获得数据，然后是获得大量的数据，接着要对这些数据进行修正，后面还要进行拟合，最后才能够成像，可以说是需要经历重重险阻，才能够从成吨的信息中获得这样一张照片。

最后，这可是全球关注的重大科学事件，相关的科研团队是非常慎重的。照片“洗”出来之后还要跟之前推测的黑洞的数据进行对比，然后跟全球的同行们先私下里碰头分析，这张照片有没有可能拍错，是不是符合之前的分析，等等，说不定还要返工重做，所以两年获得这样一张照片，时间不算长。

下面这张就是足足洗了两年才洗出来的黑洞照片，虽然模糊，但是基本上吻合了科学家对这个黑洞样子的预测【预测的样子见再下一张图】，证明了黑洞的存在，也证明了爱因斯坦广义相对论的正确。可以说是意义重大。

这下大家知道为什么一张照片要洗了两年吧？

SilentTurbine

首先来一种刚刚新闻发布会公布的黑洞瘦张照片：

科学家为了得到它，可是连着把数据处理了两年。为何要处理两年？就是因为数据量实在太大了。

根据发布会的科学家介绍，我国参与的天文望远镜每秒产生的数据就有32G。这么一个巨量的数据，网络传输实在是太慢，带宽也不够。只能够利用快速读写硬盘，把这些数据实时地存储在硬盘里面。如果按照观察10天计算，每台计算机就会产生：10*24*3600*32=27648000G数据，那么全球8台，产生的数据就是221184000G的数据。如此庞大的数据处理和计算，绝对不是十天半个月可以完成的。

而且，处理数据的时候，并不是只有一个小组再处理。为了防止计算错误，科学家分工协作，分成独立的几个小组，每个小组单独处理，然后比对最终得出的结果。只有大家的结果都一致了，才能说明结果正确。否则，拖推倒重来。而且，计算出来的结果还要和理论的对比，如果偏差过大，那么就说明不是相对论错了，就是处理的模型错了，或者这些望远镜得到的数据有问题。好在，一切顺利，理论和实际完美切合，相对论也得到了印证。

图：黑洞模拟图当然了，这次黑洞的照片像素还不高，我们并不能够分清除黑洞视界范围。期待后续越来越多的望远镜加入其中，而且波长可以在短点，这样科学家就可以得到更为清晰的黑洞照片了。

科学探秘频道

今晚就可以看到这张照片了，心里很激动啊，为什么要冲印两年？这是惯例啦，由于需要反复的PS啊，天文照片，真把底片给你看，估计得懵逼，所以得把底片好好弄成大家可以看懂的样子，基本所有的天文星体照片，后期处理的过程都是如此漫长的。

黑洞的基本情况

这次拍摄的黑洞位于半人马座A M87星系，距离太阳系距离5000万光年，其体积相当于太阳的680万倍。但由于距离实在太远，实际大小大约只有10角秒，人眼睛能识别的极限是0.01度，而10角秒相当于0.0028度，就是说肉眼看瞎了你也是看不到的，得用天文望远镜和计算机处理才行。

摄影器材的准备

这个距离的拍摄，不是一般光学望远镜可以胜任的事情，特别是黑洞，太黑了！黑洞本身不能发光，甚至光都无法从黑洞中逃脱。我们只能通过视界外的吸积盘中，各种电磁波段的辐射扑捉到信号，其实就是一张大型X光照片吧。那么我们得上一台超大型的射电望远镜，有多大？地球的直径吧！

这次是通过全球的射电望远镜阵列组成一个地球直径大小的虚拟射电望远镜！再用计算机控制协调，同步对黑洞所在方位的电磁波段进行记录拍摄。才可能得到今晚图像的底片。

两年时间是做后期处理的必要时间

黑洞太黑了，而且距离太远，我们需要动用如此之多的射电望远镜，多次反复的拍摄，然后进行正片叠加，以多次曝光照片来增加亮度，过滤掉噪点，简化掉杂波，然后进行充分上色处理，把不可见的电磁波，美化成大家可见的颜色形状等等。这么一通猛如虎的操作，一年半载是无法完成的，所以让大家等了两年。

想想，今晚有幸看到连爱因斯坦都估计不到的黑洞真实照片，虽说还是艺术处理片啦～也是心中了无遗憾啦。

猫先生内涵科普

谢谢“小嘉嘉看世界”的信任和邀请。

黑洞这话题也算是研究过，写过一些入门级别的文章，碰巧也是一个喜欢摄影的，当然了，我这两方面水平都不高，能力也有限得很。就这个问题只能是跟您探讨一下，如果有不当的地方，还请见谅。

先说说我的理解吧，不是因为大，恰恰是因为小，需要更长的曝光时间。

如果让我们来拍摄这个黑洞我们就需要做一些准备，包括了解被摄对象和选择合适的器材。当然了，这次拍摄要比咱们普通摄影更复杂，不是一个照相机就行了的。但咱们还是按照这个流程来看看应该怎么去拍。

我们先来了解一下这个被摄物体——黑洞的基本情况：这次科学家们要拍摄的位于半人马座A M87星系黑洞是位于M87星系的一处巨大黑洞，距离我们太阳系约5000万光年。其体积巨大，是太阳的680万倍，足以吞噬整个太阳系。是不是看上去是很大的样子？然而，跟5000万光年的距离比起来，就是一个非常微弱的小点点了。这个小点点有多小呢：10个角秒。一个圆周有360度，1度有60角分，1分有60角秒。我们人的眼睛能识别的两条线的最小距离是0.01度，而这个10角秒为10/3600=0.0028度，这意味着，这么大的一个黑洞，在5000万光年之上是我们用肉眼不能识别的一个小点。必须用望远镜才能观测到。这个比例基本上等于我们人类站在地球上，去看月球上一颗葡萄的感觉。

而且由于引力非常大，我们要拍摄黑洞的内部（视界以内）是不可能的。我们能拍摄到的是它的吸积盘。这个吸积盘就是被黑洞巨大引力场俘获的很多的星际物质。这些物质在引力的作用下会发出各种粒子（光），我们能拍到的东西实际上就是这个。

好了，我们从上面了解到我们要拍摄的对象了，接下来要选择用什么样的器材去拍摄它。这是最让人脑袋痛的事情，为啥，它太小了，咱们得找个大大大大口径的镜头去拍它。多大呢？最大也只能是地球直径的镜头，再大了地球装不下。

好吧，这么大的镜头肯定是没有的。那怎么办，科学家的办法就是虚拟出来一个。怎么虚拟的呢？通过把地球上的多个望远镜给连接起来。这样就能使这个镜头的孔径接近地球的直径大小。

可以说，科学家为了这次摄影真的是拼了。

现在镜头有了，就需要选择机身。机身的选择跟我们用的照相机情况类似，那就是后面用什么感光器件。可见光是不行的，因为我们跟M87黑洞之间会有很多的星云和尘埃，这些波长太短的光过不来。我们这个相机能接收到的就是一些波长比较长的电磁波。我们现有的能捕获长波的大型抛面天线最大直径为305米，科学家就是利用这些射电望远镜组成机身的感光部分。

现在，镜头和机身我们都有了，要根据实际情况拍照了。怎么拍呢？其实这里面还有几个大问题需要解决。

第一个困难，虚拟相机之间的时间同步问题。我们地球是一个球面，这些相机上的像素点，不在同一个平面上。遥远的M87黑洞吸积盘发出的光落到相机上就不是一个面上的，为了合成为一个平面波的图像，就必须要在时间上同步，然后在同一个面上去合并。

第二个困难，由于地球和月亮之间的关系，我们地球相当于在不停的振动，上哪找个稳定的三脚架啊。这个问题我也是很好奇的。我能想到的就是，增加快门速度，解决大相机的防抖问题。

第三个困难，太暗了。如何去拍摄一个亮度极低的物体呢？老郭能想到的也就是依靠长时间曝光或者是B门（单反里的），然而这就跟第二个困难相矛盾。本来都够模糊了，机身还在振动，还想不想好好的拍照了。所以，解决这个问题其实还有一个办法，就是正片叠底。嘿嘿，熟悉PS的同学都了解这个技术吧。对，就是把多次曝光的照片叠加在一起，增加亮度。

通过上面这些复杂的手段，可以看出，我们需要调试地球直径那么大一个镜头和机身，然后通过多次的曝光，再利用技术来合成照片，这里面需要两年时间也就不足为奇了。而且还可以预见到，恐怕这张照片的清晰度，不会那么理想。各位小伙伴不要期望值太高啊，具体怎么样今晚即将揭晓，让我们准备好一杯红酒，怀着激动的心情，共同进入倒计时，迎接那一刻的到来吧。

#人类首张黑洞照片#

郭哥论道

这个问题随着刚刚中国科学院上海天文台的“官宣”已经不难得出为何这个首张黑洞的照片要冲洗两年了。就在刚刚的发布会上，主持人介绍了M87黑洞的约为太阳质量的65亿倍，距离地球约为5500万光年，这是一个什么概念呢？下面我们还是先用几个数字来表述一下。

从已知数值来看，太阳的质量约为1.9891E+30kg，这样就能计算出M87的质量约为1.9891E+30kg*65亿=1.29292E+40，而太阳的质量约为地球的130万倍，同样可以计算出M87黑洞的质量约为地球的8.45E+15倍（8450千亿倍），而距地约5.20344E+20km，几乎是日地距离的3.47828E+12倍，也就是距离地球3.47828E+12个天文单位，这个距离相当于距离太阳最近的比邻星4.2光年的13095238.1倍。

然而，既然M87黑洞是质量非常大的天体，且距离地球非常的遥远，而且其自身不发光，即使是光都无法逃脱，天文科学家是如何给这个黑洞拍照的呢？

由于黑洞质量非常大，引力特别强，因此被吸积的气体在高速下降过程中产生了高温而发出的强辐射有利于被观测，但是由于距离太遥远，需要增大射电望远镜的口径，而为了达到这一目的，天文科学家联合了世界上十几个射电望远镜矩阵使得这一虚拟射电望远镜口径达能到地球大小，以便更好的观测遥远的星空，并且将所观测的数据进行汇总整理，由于数据量庞大，相当于欧洲粒子对撞机一年产生的数据量，因此要对这个数据进行整理是需要耗费大量时间的，这也是为何这张人类首张黑洞照片由观测到成为影像需要两年的时间。

从1915年爱因斯坦广义相对论的提出，到4月10日在上海天文台发布的人类首个观测到的黑洞“真容”，有效证明了爱因斯坦广义相对论的正确性，而且随着更多天文望远镜的加入，未来在广义相对论精确性验证下将会发挥更大的作用。

#黑洞真容#、#射电望远镜#、#哈勃望远镜#、#人类首张黑洞照片问世#

地理那些事

还有不到一个小时的时间，大家就可以亲眼目睹首张真正意义上的黑洞照片了。这张照片无论是分辨率较低模糊不清的或者是出乎我们意料的清晰可见，对于我们来说都是意义非凡的。
图：计算机模拟黑洞照片

要想八个望远镜同时观测到两个超大质量黑洞每年只有大约10天左右的空窗期，在2017年4月5日-14日期间，事件视界望远镜分被拍摄了银河系中心的超大质量黑洞和M87中心的黑洞，银心黑洞达太阳质量的460万倍，距离我们2.6万光年。而M87中心黑洞质量是太阳的数十亿倍，距离我们大约5000万光年。

这两个黑洞的数据早在2017年就已经获取完毕，但是直到今天晚上才要公布最终的成果。这意味着黑洞的照片“冲洗”了两年的时间。虽然两个超大质量黑洞都是非常巨大的但是如果考虑上距离说实话它们还不够大，在地球上观测它们需要很高的分辨率，这恰巧说明它们不够大。

之所以要用两年的时间“冲洗”照片是因为数据太过于庞大，这主要的原因就是事件视界望远镜应用的技术导致。因为单个望远镜远远无法达到拍摄黑洞照片的要求，有一项技术被称为甚长基线干涉测量技术（VLBI），简单的理解就是用这种技术连接的观测矩阵干涉后达到的分辨率等效于一个单一望远镜，口径等于其中两个望远镜最长的距离。

期待首张黑洞照片的问世！如果照片不清晰也不要失望，记住你见证了历史！

科学黑洞

确实是观测数据太大了，这里的拍照和冲洗都是一种比喻。这次要公布的不是直接拍摄的照片，而是通过大量观测数据拼接而成。2017年，全球多部天文望远镜组成“事件视野望远镜”项目，对着室女座M87星系中心的超大黑洞进行了多日的观测，获得了海量的数据，对这些数据就耗费了科学家们两年的时间。

黑洞是恒星演化的产物，有关黑洞的观测和理论一直是比较神秘的存在。之前人们看到的黑洞的形象都是根据间接的理论计算，或者通过黑洞周围星系的运动来对黑洞的踪迹进行推测。由于黑洞连光都无法脱离，此前只能通过黑洞强大引力对临近天体的作用来间接发现。

而此次对黑洞的拍照，是人类首次对黑洞的直接观测。通过对黑洞周围自由电子的辐射来“拍摄”照片。科学家利用位于全球的多部望远镜阵列，组成了一个虚拟的望远镜，对黑洞进行观测，提高其分辨率，但大量的观测数据处理需要长达2年的时间。

让我们拭目以待即将发布的黑洞照片吧，不过，这次的黑洞的照片和以往模拟的黑洞形象应该差别不大，看了不要失望哦。

量子实验室

冲印更准确来讲是数据处理，因为并不是直接拍摄的光学照片，只是用计算机进行数据分析并形成照片。之所以弄了两年，主要就是数据量比较大，还有分析处理难度比较高。

从公布的黑洞照片来看，与以前纯粹基于理论由计算机模拟的照片有所不同，在细节上有差异。前者更具有科学价值。

为什么拍摄人类第一张黑洞照片很难？

1，拍摄对象小，拍摄难度大

包括前期的计划和准备工作，本次拍摄任务耗时多年，由来自许多国家的科学家共同完成，我国也有参与。拍摄共动用了全球8个天文台的射电望远镜，组成了一个虚拟口径的天文望远镜，称之为事件视界望远镜（EHT）。

EHT捕捉的是毫米波段的电磁波，采用了甚长基线干涉测量技术。宇宙中所有的天体都会向外辐射出电磁波，因此干扰很大。黑洞辐射出的电磁波也会被宇宙中的其它天体吸收和遮挡，因此所能收集到的有效数据少的可怜。

由于黑洞本身并不发光，而且距离地球较远，我们也只能观测到黑洞视界之外的景象。银河系中心的那个超大质量黑洞，就距离地球3万光年。黑洞质量虽大，但视界半径很小。把地球压缩成黑洞，视界半径仅有9毫米。

在地球上人类用望远镜能够观测到的数据量其实很小，为了收集到足够的数据，拍摄总共曝光了数天。

由于EHT是虚拟望远镜，分布在全球各地，地球是个球面，为了保持望远镜拍摄的照片最终能够完美的合成平面图，科学家们使用了高精度的原子钟进行时间校准同步，能够做到1亿年不到1秒的误差。

2，原始数据大，处理难度高

本次拍摄所产生的数据量非常大，网络带宽有限，为了快速进行数据传输转移，科学家们使用了硬盘。

为什么说数据量很大？简单说明一下。

我们用智能手机拍摄的照片曝光还不到一秒，一张照片的像素就算做2000万，经过压缩后，大约有7兆左右的样子，一秒钟拍一张，一天就会产生上百G的数据。

天文望远镜的口径比手机摄像头大多了，一个射电天文望远镜曝光一秒钟，所拍摄的照片的体积相对于手机照片来说就天差地别，更何况用虚拟出的相当于地球大小口径的EHT持续拍摄了好几天。这么多数据量，光买硬盘就要花费很多钱。

这些数据量很大，普通的计算机根本不能胜任，只能交给超级计算机进行处理。光把这些数据输入到计算机中，就需要很长时间。超级计算机的运行速度确实很快，但对于这么海量的数据，仍然需要花费一定的时间。

这么多原始观测数据，其实有用的数据并不多，很多都是噪声。为了过滤无用的信息，本身就要花费很多时间。然后还要对有效数据进行分析，并重构出真实的照片。花费两年的时间也不足为奇了。

科学探索菌

首张黑洞照片并不像我们手机拍照那么简单，需要屏蔽大量的杂质信号，以至于一个国家很难完成，是众多国家一块完成的合作项目，对于现在的观测技术来说很艰难。

宇宙包含众多的天体层次，行星、恒星、星际尘埃等等，都会对信号产生影响，黑洞在数百上千亿恒星的包裹中，本来传播到地球这么远就十分微弱了，加上恒星、超新星等天体事件的影响，使得黑洞视界的信号隐藏在海量的信号之中。此次要公布的黑洞，是位于M87星系黑洞的超大质量黑洞，与地球的距离有着5000万光年，受层层星系物质的阻隔，还有星系引力引起的时空弯曲等导致的信号偏移等，黑洞本身就很难观测，理论上也只能观测到黑洞视界外物质被黑洞吞噬时的能量释放现象，观测难度比星系中一颗单独的恒星好不到哪去。

这组黑洞照片是用位于全球各地的8座大型天文台一块观测，相当于组成了一个口径达到地球直径的超大虚拟望远镜，参与的望远镜越多，获得的信号就越多，据说曝光了几个小时（也有说十来天的），获得海量的数据，处理两年就是包括去除背景杂质信号，建立模型，将射电信号解译为图像信息。由于数据量太大，不是一个国家就能简单完成的事情，虽然我国天眼没有参与并网，但是在数据处理建模等方面做出了贡献。毕竟我国超算还是相当有实力的。

这一点也说明人类在宇宙中实在太渺小了，有大量未知的宇宙现象存在。黑洞照片的出现也使得科学家不用再看以往计算机模拟的图像，能获得更多的细节信息，促进基础科学的发展。

關鍵字: 黑洞 照片 第一张