小嘉嘉看世界

太長不看版本：這裡耗時時間長最本質的問題是UV覆蓋，通過地球自轉，不同天線在不同位置構成不同的組合來合成一個UV基線更密集的UV覆蓋，得到更好的成像角分辨率。

有一點點射電觀測概念的人都知道，射電成像跟相機拍攝最本質的區別是，每個射電天線收集的是電磁波的相位和強度，經過數字處理得到的最終圖像，而不是經過折射光學系統成像的。

先是兩個天線在一起可以組成一個信號，其信號相乘求平均給出干涉強度，在傅里葉變換的角度看，這就是波數空間（UV space）裡的一個點，然後很多天線組合起來可以構成很多個點。UV覆蓋越密集，最後還原射電成像的失真度就越小。

所以，給黑洞拍照動用了很多世界各地的天線一起來做這個事情：

但是，即使是這樣，UV覆蓋還是很稀疏：

全球也就那麼幾個地方有，構成的UV覆蓋還是很稀疏，得不到高密度的UV覆蓋，就得不到好的成像空間分辨率。

所以這裡需要的方法是用地球的旋轉來增加UV覆蓋，這裡有一個假設就是在兩年內這個黑洞不發生變化。在這種情況下在地球自轉的不同時間採樣結合起來可以得到一個更加密集的成像結果。

比如上面這張圖，一種顏色代表一個天線，對應的UV採樣位置，這一串串有顏色的點就代表了在地球自轉過程中的採樣對應的UV位置。

可以發現，這樣一來，UV覆蓋變得密集了很多。

所以一些大的射電觀測項目都是要執行一段時間的，不是因為目標太昏暗，不是因為天線不夠靈敏，是因為想得到一個更好的UV覆蓋好在傅里葉變換的時候可以有個更好的基函數。

當然另外一個原因也是因為小，從這個圖片可以直觀的體會一下，它和我們日常觀測到的天體之間的區別。

結

長時間觀測疊加地球轉動帶來的附加UV覆蓋是這個任務持續年量級時間的原因

題外話

看了其他各位的回答，讓我覺得甚是驚訝，甚至沒有一個說道點兒上的，還有科學類優質回答者大V說黑洞太暗了需要想按住單反B們一樣多拍一會兒。

現在很流行強答嗎？

不懂射電成像原理就拿單反拍照來類比？類比也不是這麼個類比法呀。

太暗了對應單反裡是信噪比不好，捕捉不到信號。

這裡信噪比根本不是問題。

Pjer地學天文

在回答問題之前，我首先說一句，這張黑洞圖片得來不易，很不易

那麼，這張照片為什麼要衝印兩年呢，其實這張照片不是沖印了兩年，而是各項數據彙總，統計了兩年。首先從觀測角度來說，吸積盤的直徑只有40微角秒，相當於從地球上測量月球表面一個蘋果的直徑，這個當時在發表會上大家也聽到了這個比喻，其實要比這個還難……因為一個蘋果不會有那麼大的引力，光線都難以逃脫……觀測角度很難

第二個問題就是數據問題，數據同步，包括觀測角度同步都是很關鍵的，大家知道這次觀測不是一個機構或者一個望遠鏡完成的，而是由200多名研究人員組成的世界科學家團隊完成的非凡的成就。採用的是一個橫跨全球的射電望遠鏡網絡，也就是說捕捉到它需要八個地面射電望遠鏡在全球範圍內共同工作，就好像整個地球是一架望遠鏡。

他們的綜合觀測能力之前已經在兩個黑洞上用過了，其中一個就包括我們銀河系中心的人馬座A*黑洞，觀測黑洞所需要的這些數據太多了，不可能通過互聯網傳輸，所以團隊成員必須把他們的數據帶到世界各地的硬盤上。經過兩年的分析，EHT團隊才利用數據整合出圖像。

通過將分散在南極洲和歐洲的8個望遠鏡的結果結合起來，Dempsey博士（最早提出世界望遠鏡結合觀測理論的成員）和她的同事們可以製造直徑9000公里的虛擬望遠鏡，幾乎就要和地球一樣大了，這就使其成為世界上最大的望遠鏡。

不過，想要使這個全球望遠鏡觀察同步起來又是一個巨大挑戰。操作人員必須知道這些望遠鏡中每一臺信號的時間，還需要精確到十億分之一秒，這樣才可以確保他們都在同時觀察同一個物體。這些地點包括夏威夷和墨西哥的火山、亞利桑那州和西班牙內華達山脈、智利阿塔卡馬沙漠和南極洲等。

另外，這次觀測還需要和太空機構合作，美國宇航局錢德拉X射線天文臺、核光譜望遠鏡陣列(NuSTAR)和NeilGehrelsSwift天文臺也加入了觀測陣列，歐空局還有加拿大，包括我國天文臺也都鼎力支持才出來這樣的一張數據圖像。

這八個觀測站包括

位於夏威夷莫納凱亞天文臺CSO的詹姆斯·克拉克·麥克斯韋望遠鏡（JCMT）

墨西哥沃爾恩山脈的大型毫米望遠鏡Alfonso Serrano（LMT）

加利福尼亞東部毫米波天文學（CARMA）光學觀測組合陣列

基特峰國家天文臺（KPNO）的兩臺射電望遠鏡，位於亞利桑那州圖森市南部。

亞利桑那州南部亞利桑那州無線電天文臺（ARO）亞毫米望遠鏡（SMT）

位於智利北部的歐洲南方天文臺（ESO）阿塔卡馬大毫米/亞毫米陣列（ALMA）

西班牙南部30米望遠鏡，由毫米射電天文學研究所（IRAM）運行。

阿蒙森-斯科特南極站的南極望遠鏡（SPT）

觀測結束後，每一個觀測站的科學家會把數據送到兩個集中數據中心，也就是馬克斯·普朗克射電天文學研究所和麻省理工學院。研究所的超級計算機是“Aterui II”，這項研究得到了JSPS Kakenhi Grant號JP18K13594，NINS國際科學基礎，網絡形成項目（授予號01421701）和JICFU的支持。

本研究利用NAOJ超級計算機Aterui II(Cray XC 50)還需要對黑洞周圍的相對論輻射傳輸進行模擬和去噪聲等工作處理。Aterui II理論上的最高性能為3.087 Pflops。

所以這次觀測不僅處理了無數數據，更有各國天文臺和八大觀測站，幾百位科學家的空前合作，慢工出細活，每一個步驟都需要小心謹慎。

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宇宙與科學

第一張真實的黑洞照片來相當來之不易，早在2017年4月份就已經完成拍攝，但直到今天，過了整整兩年，才有了第一張的照片。這其中過程非常困難，即便以超級計算機來處理，也需要非常漫長的時間。

為了拍攝到位於五千多萬光年之外的超大質量黑洞，需要分佈在全球的8個天文臺的射電望遠鏡同時對目標進行拍攝。通過干涉技術，可以使射電望遠鏡的等效直徑達到地球直徑，從而有能力分辨出遙遠黑洞的事件視界。

雖然實際的觀測時間只有五天，但產生了海量的觀測數據，相當於大型強子對撞機在五年內產生的數據。如此龐大的數據量，甚至都無法在線傳輸。為此，天文學家只能把數據記錄在硬盤中，然後再送到兩個獨立的數據中心——馬克斯·普朗克射電天文學研究所和麻省理工學院。在那裡，數據被超級計算機分別進行獨立處理。

數據量不但極其龐大，而且處理起來還極其麻煩。因為環繞黑洞運行的氣體運動非常複雜，沒有現成的工具可以進行處理。另外，超級計算機還要校準不同望遠鏡接收到信號的時間差，而這又是一項龐大的工程。

總之，對於黑洞的數據處理是前所未有的。即便在超級計算機的輔助下，仍然需要兩年的時間才能把第一張黑洞照片“沖洗”出來。

雖然耗費了兩年的時間，但最終得到的真實黑洞照片可能並非人們想象的那麼壯觀。但不管怎樣，這張真實黑洞照片的意義十分重大，這能直接證明黑洞存在，並且又一次十分嚴苛地檢驗了愛因斯坦的廣義相對論。

火星一號

個人觀點：

在這次發佈的照片，拍攝的是巨大黑洞人馬座A*和M87星系的黑洞，簡單來說，一臺望遠鏡看不清楚的東西，我用幾臺望遠鏡看，把看到的圖像一對比就可以看到更加精細的圖案。這樣的工作需要很多的天文臺同時觀看才可以拍攝的。事實上，這次拍攝黑洞，一共動用了全球八個天文臺，當然了，由於真實望遠鏡的口徑就那麼大一點點，就好像我們拍照片遇到比較模糊的場景只能延長曝光一樣，為了讓天文望遠鏡能夠看見更多黑洞的無線信號可不是按一下快門黑洞就拍到了，而是要依據長時間的追蹤和大量的數據採集才拍到的。從這八個天文臺獲得的數據裡面，用剛剛提到的“甚長基線干涉”技術當中恢復出黑洞的樣貌來，那就真的要靠科學家們一點點的嘗試了。畢竟從理論到現實，中間需要進行大量的測試，有些時候可能是一個小數點點差錯就會搞不清楚，甚至獲得的圖像亂七八糟。也許在分析的時候，還要用上超級計算機，普通電腦的計算根本就不夠看。

結語：這次可是全球關注的重大事件，相關的科學團隊是非常注重的。照片出來還要跟之前推測的黑洞的數據進行比照，在跟全球的科學家先私下裡分析“這張照片有沒有拍錯，符不符合之前的推斷”說不定不符合還要重新拍呢！兩年獲得這麼完美的一張照片，時間真的不長！下面分別是第一張和第二種黑洞照片

顧老頭吖

北京時間4月10日21時，“事件視界望遠鏡”（Event Horizon Telescope, EHT）項目公佈了人類歷史上首張黑洞照片。該項目觀測核心是銀河系中心黑洞人馬座A*和M87*橢圓星系中心黑洞，此次發佈的是後者的黑洞圖像。

要想觀測遙遠的黑洞，依靠已有的任何單個望遠鏡都遠遠不可能實現。因此，科研人員將分佈在全球各地的8個射電望眼鏡聯合起來，組成一個口徑相當於地球最大直徑的大型虛擬望眼鏡，同時對黑洞進行觀測。

參加觀測的8個VLBI臺站 來源：EHT

這些望遠鏡分別是：南極望遠鏡（South Pole Telescope）；智利的阿塔卡馬大型毫米波陣(Atacama Large Millimeter Array，ALMA）；智利的阿塔卡馬探路者實驗望遠鏡（Atacama Pathfinder Experiment）；墨西哥的大型毫米波望遠鏡（Large Millimeter Telescope）；亞利桑那州的（Submillimeter Telescope）；夏威夷的麥克斯韋望遠鏡（James Clerk Maxwell Telescope，JCMT）；夏威夷的亞毫米波望遠鏡（Submillimeter Array）；西班牙毫米波射電天文所的30米毫米波望遠鏡。它們多數都是單一望遠鏡，也有望遠鏡陣列，比如ALMA望遠鏡是由70多個小望遠鏡組成。

為什麼中國沒有參與觀測？

中國的望遠鏡並沒有直接參與到此次觀測中來。廣為人知的FAST天眼望遠鏡也沒有參與觀測。此次觀測的是波長1MM的電磁波，而FAST比較擅長觀測0.3M左右的中子星射電波段，因此在波段上並不合適；另外，亞毫米波光子很容易被大氣中的水蒸氣所吸收，所以視界面望遠鏡都位於海拔比較高而且乾燥的地方。此次觀測的主要選手是位於智利沙漠的阿塔卡馬大型毫米波陣列（ALMA），這就確定了周圍的望遠鏡須在以此為中心的西半球範圍內。

但在前期聯合觀測（2017年3-5月的全球聯合觀測）中，上海65米天馬望遠鏡和新疆南山25米射電望遠鏡作為東亞VLBI網成員共同參與了協同觀測，為最終的M87*黑洞成像提供了總流量的限制。

為什麼兩年才完成照片？

處理和分析海量數據也需要極長時間，各個站點收集的數據都被彙集到美國和德國兩個數據中心，計算機集群要對數據時間進行合併和分析，缺失或模糊的部分，還需要科學家進行拼圖完善。

為達到極高分辨率，包括中國科學院下屬的天文臺機構和高校在內的全球13個研究機構都參與進來，開展了大量的研究、校準工作。這個過程中涉及數據量之多，處理難度之大都是前所未有的。即使現在的數據處理能力已經非常強大，這張照片還是花費了近兩年時間才最終面世。

中國大百科全書數據庫

主要是因為又遠又小又暗又不穩定。

首先，我們來聊一下這次發佈的這張照片所拍攝的黑洞是哪個。

它被叫做M87，離太陽系大概有5500萬光年。它的體積是太陽的680萬倍。

如果按照比例進行縮放，拍攝這個黑洞就好比一個人在地球上給月球上的一個橘子拍照。這還不夠難麼？

望遠鏡口徑不夠

所以，其實這個難度極其高，用我們現在最牛的望遠鏡都無法做到。望遠鏡的侷限在於口徑，我們國家的FAST射電望遠鏡的口徑有500米，但還是遠遠不夠的。

所以就需要採用聯合拍攝的方法，望遠鏡和望遠鏡之間的距離只要足夠的遠。這個效果就相當於把一個望遠鏡的直徑誇大了上萬倍。我們看到望遠鏡的地理分佈，可以知道最北的在格林蘭島，最南的在南極。

也就是說，這樣一組合，就相當於從一個口徑從格林蘭島到南極這麼寬的望遠鏡在拍攝。很難理解對不對？

我們可以這麼想，假設有個鏡子，它有地球這麼大，這時候你把它打碎。破碎之後的鏡片其實還是可以成像的，其實這些射電望遠鏡就相當於分散在各處的鏡子碎片，如果把它們都對準要拍攝的物體，其實也能夠把物體的像還原。

能拍攝的時間很短

這次EHT項目一共有8個望遠鏡組合，它可以觀測的窗口期只有10天的時間。因為只有這幾天角度才比較好。但是要知道望遠鏡屬於寶貴的資源，全球的天文學家們都在搶奪，所以最後8個望遠鏡能夠同時使用的時間是遠小於10天的。

地理位置的差異

還有，望遠鏡的地理位置不同，電磁波到底不同站點的時間是有差異的，大概在幾納秒的樣子，所以最後在彙總數據的時候，還要把這微小的延遲也考慮進去，使得數據能夠同步才行。

數據量龐大

除此之外，這個觀測工作量奇蹟龐大，每天產生的觀測數據大概有2000TB，相當於2000臺普通家用的電腦的硬盤數據量的總和。

每次收集到數據之後，需要用超級計算機進行計算，大概要一年左右才能出結果。

這次這張照片是2017年4月份拍攝的，花了整整兩年才洗出來，可以說是相當珍貴。

所以說，拍這張照片的難度真的不是一般的難。

鍾銘聊科學

從這八個天文臺獲得的海量數據裡面，如何用剛剛提到的“甚長基線干涉”技術應用到其中，恢復出來黑洞的樣貌出來，那就真的是要靠科學家一點一點嘗試了，畢竟從理論到現實，中間需要進行大量的試錯，有些時候可能一個參數設定差了一點點就會模糊不清，甚至於獲得的圖像南轅北轍，也許在分析的時候，還要用上超級計算機這樣的大傢伙。

多原始觀測數據，其實有用的數據並不多，很多都是噪聲。為了過濾無用的信息，本身就要花費很多時間。然後還要對有效數據進行分析，並重構出真實的照片。花費兩年的時間。

福建小馮

彭曉韜

此次拍攝黑洞的是一個虛擬射電望遠鏡，名為事件視界望遠鏡，它由分佈在智利、夏威夷、亞利桑那、墨西哥、西班牙和南極的射電望遠鏡集合而成，不同的緯度造成了對黑洞射電信號接收的不匹配，因此最後的數據還將進行一次漫長的整理才行。

銀河系中心黑洞人馬座A*和5500萬光年外的M87星系黑洞是事件視界望遠鏡觀測的主要目標，昨晚公佈的是M87星系中央的巨型黑洞，雖然它的樣貌在很多人看來都平平無奇遠不如電影裡來的震撼，但這可是人類文明獲得的第一張黑洞照片，拍攝結果和之前理論預測基本一致。

視界事件望遠鏡真正的觀測時間只有五天，2017年4月份完成數據觀測後，礙於互聯網傳輸速度的限制只能用飛機把分佈在全球的硬盤送到美國麻省理工和歐洲馬普學會，時間都耗費在了數據整理和計算機處理階段。

宇宙探索未解之迷

謝謝“小嘉嘉看世界”的信任和邀請。

黑洞這話題也算是研究過，寫過一些入門級別的文章，碰巧也是一個喜歡攝影的，當然了，我這兩方面水平都不高，能力也有限得很。就這個問題只能是跟您探討一下，如果有不當的地方，還請見諒。

先說說我的理解吧，不是因為大，恰恰是因為小，需要更長的曝光時間。

如果讓我們來拍攝這個黑洞我們就需要做一些準備，包括瞭解被攝對象和選擇合適的器材。當然了，這次拍攝要比咱們普通攝影更復雜，不是一個照相機就行了的。但咱們還是按照這個流程來看看應該怎麼去拍。

我們先來了解一下這個被攝物體——黑洞的基本情況：這次科學家們要拍攝的位於半人馬座A M87星系黑洞是位於M87星系的一處巨大黑洞，距離我們太陽系約5000萬光年。其體積巨大，是太陽的680萬倍，足以吞噬整個太陽系。是不是看上去是很大的樣子？然而，跟5000萬光年的距離比起來，就是一個非常微弱的小點點了。這個小點點有多小呢：10個角秒。一個圓周有360度，1度有60角分，1分有60角秒。我們人的眼睛能識別的兩條線的最小距離是0.01度，而這個10角秒為10/3600=0.0028度，這意味著，這麼大的一個黑洞，在5000萬光年之上是我們用肉眼不能識別的一個小點。必須用望遠鏡才能觀測到。這個比例基本上等於我們人類站在地球上，去看月球上一顆葡萄的感覺。

而且由於引力非常大，我們要拍攝黑洞的內部（視界以內）是不可能的。我們能拍攝到的是它的吸積盤。這個吸積盤就是被黑洞巨大引力場俘獲的很多的星際物質。這些物質在引力的作用下會發出各種粒子（光），我們能拍到的東西實際上就是這個。

好了，我們從上面瞭解到我們要拍攝的對象了，接下來要選擇用什麼樣的器材去拍攝它。這是最讓人腦袋痛的事情，為啥，它太小了，咱們得找個大大大大口徑的鏡頭去拍它。多大呢？最大也只能是地球直徑的鏡頭，再大了地球裝不下。

好吧，這麼大的鏡頭肯定是沒有的。那怎麼辦，科學家的辦法就是虛擬出來一個。怎麼虛擬的呢？通過把地球上的多個望遠鏡給連接起來。這樣就能使這個鏡頭的孔徑接近地球的直徑大小。

可以說，科學家為了這次攝影真的是拼了。

現在鏡頭有了，就需要選擇機身。機身的選擇跟我們用的照相機情況類似，那就是後面用什麼感光器件。可見光是不行的，因為我們跟M87黑洞之間會有很多的星雲和塵埃，這些波長太短的光過不來。我們這個相機能接收到的就是一些波長比較長的電磁波。我們現有的能捕獲長波的大型拋面天線最大直徑為305米，科學家就是利用這些射電望遠鏡組成機身的感光部分。

現在，鏡頭和機身我們都有了，要根據實際情況拍照了。怎麼拍呢？其實這裡面還有幾個大問題需要解決。

第一個困難，虛擬相機之間的時間同步問題。我們地球是一個球面，這些相機上的像素點，不在同一個平面上。遙遠的M87黑洞吸積盤發出的光落到相機上就不是一個面上的，為了合成為一個平面波的圖像，就必須要在時間上同步，然後在同一個面上去合併。

第二個困難，由於地球和月亮之間的關係，我們地球相當於在不停的振動，上哪找個穩定的三腳架啊。這個問題我也是很好奇的。我能想到的就是，增加快門速度，解決大相機的防抖問題。

第三個困難，太暗了。如何去拍攝一個亮度極低的物體呢？老郭能想到的也就是依靠長時間曝光或者是B門（單反裡的），然而這就跟第二個困難相矛盾。本來都夠模糊了，機身還在振動，還想不想好好的拍照了。所以，解決這個問題其實還有一個辦法，就是正片疊底。嘿嘿，熟悉PS的同學都瞭解這個技術吧。對，就是把多次曝光的照片疊加在一起，增加亮度。

通過上面這些複雜的手段，可以看出，我們需要調試地球直徑那麼大一個鏡頭和機身，然後通過多次的曝光，再利用技術來合成照片，這裡面需要兩年時間也就不足為奇了。而且還可以預見到，恐怕這張照片的清晰度，不會那麼理想。各位小夥伴不要期望值太高啊，具體怎麼樣今晚即將揭曉，讓我們準備好一杯紅酒，懷著激動的心情，共同進入倒計時，迎接那一刻的到來吧。

#人類首張黑洞照片#

關鍵字: 科學 黑洞 沖印