摘要：爲了能夠直接拍攝到黑洞照片，2017年4月5日，一個國際合作的天文項目“事件視界望遠鏡”（Event Horizon Telescope，EHT）着手對兩個特殊的天體進行觀測：距離地球25000 光年，位於銀河系核心人馬座A，以及距離地球5300 萬光年的M87 室女座星雲。一、什麼是黑洞。

摘要：瀋海軍：今天（2019年4月10日）下午接受廣東衛視採訪，就晚上21:00即將發佈的人類首張黑洞照片發表了評論。提筆撰稿時，尚未到照片官方的發佈時間，故不能一睹黑洞照片的芳容，但鑑於公衆對此事高度關注，於是決定寫一篇關於黑洞的文章，先給咱老百姓科普一下此次黑洞照片背後的故事。

一、什麼是黑洞？

黑洞是宇宙中存在的一種密度極大體積極小的神奇天體。早在上世紀一十年代，就有人根據愛因斯坦廣義相對論預言了黑洞的存在。黑洞質量極其巨大，具有超強的引力，物體，甚至光一旦進入其勢力範圍便會被吸入其中，無法逃脫，該勢力範圍學界稱其爲“黑洞半徑”或“事件視界（Event Horizon）”。物體一旦落入黑洞，就會被扭曲、撕裂和“吞噬”。

根據質量，宇宙中的黑洞可分爲三類，即恆星級質量黑洞，其質量約爲太陽質量的幾十甚至上百倍；超大質量黑洞，質量爲太陽質量幾百萬倍以上；中等質量黑洞，介於前兩者之間。一般來講，黑洞的質量越大，黑洞體積也就越大。

長期以來，科學家們都是通過間接方式來證明黑洞是存在的。典型的方法有四種。第一種，根據黑洞周邊恆星、氣體的運動軌跡，揭示黑洞的位置和大小。黑洞有強的引力，對周圍的恆星、氣體會產生吸引作用，於是通過觀測吸引作用對恆星、氣體的影響來確認黑洞的存在。第二種，黑洞吸積物質，由於摩擦、引力作用，會發出熱和光，這樣便可以判斷黑洞的存在。第三種，通過看到黑洞成長的過程“看”見黑洞，譬如中等質量黑洞吸積物質而長大成更大質量的黑洞。第四種，通過理論推導和理論模擬，論證黑洞的存在。

總之，理論研究和觀測表明，宇宙中黑洞是確確實實普遍存在的。

黑洞的理論模擬結果

二、黑洞是怎樣形成的？

關於黑洞的形成，目前普遍認爲有兩種情況：1）恆星級質量黑洞是恆星塌縮的遺骸；2）超大質量黑洞則可能由中等質量黑洞吸積物質長大而成。當然，還有一些非主流的觀點，譬如有人認爲黑洞是在宇宙大爆炸之後形成的，還有人認爲是在覈反應中因出現大量能量所產生的。

關於恆星級黑洞形成的解釋如下：

所有的恆星都是核聚變反應爐，在其中，輕元素（主要是氫）聚合成重元素。核聚變過程提供了恆星一生的大部分能量。不過，最終，核燃料耗盡，由中心產生的能量再也無力對抗外殼巨大的重量，引力開始起主宰作用。

當這一恆星收縮到某一臨界半徑（“史瓦西半徑”，以德國物理學家、天文學家卡爾·史瓦西的名字命名，他是使用愛因斯坦廣義相對論方程證明黑洞的確能夠形成的第一人）時，其表面上的引力變得如此之強，以至於光線再也逃逸不出去。

根據相對論，沒有東西能行進得比光還快。如果光都不能逃逸出來，其他東西便更不可能：所有東西都會被引力場拉回去。這樣，就出現了一個事件的時空區域，光或任何東西都不可能從該區域逃逸。這一區域就是黑洞，黑洞的邊界就是事件視界。

對於超大質量黑洞的形成，目前常見的解釋如下：

在宇宙早期，曾經存在質量可達太陽萬倍以上的巨大恆星，它們壽命短促，最終塌縮成中等質量的黑洞。百萬倍太陽質量超大黑洞可能是一箇中等質量黑洞吞噬了足夠多的物質逐漸長大後形成的，也可能由幾個早期宇宙中的中等質量黑洞合併而成。

超大質量黑洞從附近天體上剝離物質並“吞噬”

三、今晚將公佈的黑洞照片是咋回事？

爲了能夠直接拍攝到黑洞照片，2017年4月5日，一個國際合作的天文項目“事件視界望遠鏡”（Event Horizon Telescope，EHT）着手對兩個特殊的天體進行觀測：距離地球25000 光年，位於銀河系核心人馬座A，以及距離地球5300 萬光年的M87 室女座星雲。這次觀測的目標不是常規的天體，而是兩個超大質量的黑洞。“事件視界望遠鏡”的觀測將讓人類第一次看到黑洞的真實樣子。

EHT不是一個傳統觀念的觀測平臺，而是橫跨多個大陸（包括南極洲），由位於美國、墨西哥、智利、法國、格陵蘭島和南極的若干個射電望遠鏡組成的觀測陣列，它通過“甚長基線干涉技術”(VLBI) 和全球多個射電天文臺協作，相當於構建了一個口徑等同於地球直徑的“虛擬”望遠鏡。

EHT觀測平臺

EHT由全球200多位科研人員共同達成的重大國際合作計劃，它的建設和此次拍攝的照片是全球很多人花了很多時間和精力才凝結的一個成果。

今天晚上美國華盛頓、中國上海和臺北、智利聖地亞哥、比利時布魯塞爾、丹麥靈比和日本東京等地將同時召開新聞發佈會，公佈EHT拍攝的黑洞照片。

從2017年4月黑洞照片“開拍”到今天照片即將公佈，黑洞照片的“沖洗”花費了約兩年的時間。儘管照片晚上21:00才能公佈，但網絡上該事件傳播開來，被普遍認爲是“一項人類開創性成果，將成爲人類有史以來直接獲得的第一張黑洞照片。”

四、黑洞照片相關的兩個問題

最後，羅列一下下午接受廣東衛視記者採訪的問題。

Q1這次拍下的黑洞照片對於天體研究有何重大意義和推動作用？

答：本次黑洞照片以一種直接（直觀）的方式，證實了黑洞特別是銀河系人馬座A*黑洞的存在，這是人類歷史上的第一次。人類此前是做不到這一點的，黑洞以往觀測採用的都是間接方式。衆所周知，每一個超大星系的中心都存在着一個黑洞，黑洞的行爲主導着星系乃至宇宙的運行和演化。此次黑洞拍照最大的意義在於表明人類已經成功掌握了一種直接觀察黑洞的技術手段，這對於我們未來研究銀河系、宇宙的演化具有重大的科學意義。

Q2. 黑洞照片的拍攝和沖洗有何難度，需要攻克的難點在哪裏？

答：這裏的黑洞“拍照”，不是我們傳統的攝影和洗膠捲。其存在的難點主要在於兩個方面。其一、“拍攝”照片的數據量非常大，全球各地8個分佈式天文臺射電望遠鏡整整工作了10天，每天會產生數千TB的海量數據；這些數據先存到硬盤中，然後運往德國和美國數據中心，接着作爲原始數據在數據中心的超級計算機上計算、處理上幾個月，才能得到最終的照片數據。其二，數據處理、分析的技術難度巨大，譬如數據如何處理、如何整合與取捨、數據處理程序的編輯、軟件的調試、使用的算法、數據處理結果是否有效等等，都需要衆多科技人員投入大量的精力。

恆星級黑洞系統示意圖