中國作家協會主管

“當你凝視著深淵時，深淵也在凝視著你。”若將尼采這句名言嫁接到天文學上，當科學家凝視黑洞時，卻連一絲光也看不到……

然而，科學家卻以恢弘的想象力、超凡的實驗能力和驚人的毅力，組建起了直徑相當于地球的“事件視界望遠鏡”（EHT）。經過兩年多不懈努力，終于獲得了黑洞在明亮吸積現象和“宇宙火柱”噴流現象襯托下的首張“剪影”——如同一團溫暖的燭光，溫柔映襯出沉寂黑洞的陰影。

自愛因斯坦1916年提出黑洞理論預言以來，人類終于第一次得到了黑洞存在的鐵證！

全球聯手，拼接黑洞“剪影”

由于強引力的存在，黑洞里連光都無法逃逸。因此，從理論上來說，人類根本不可能給黑洞主體拍照。不過，根據愛因斯坦廣義相對論的預言，黑洞邊緣存在著一種名為“黑洞視界”的交界帶。在這個交界地帶，周圍氣體會在黑洞強大引力下落入其中，并發出強烈輻射，產生明亮的吸積現象，同時還會噴發出強烈的物質和能量外流，呈現壯觀的“宇宙火柱”噴流現象。由此，人類可通過對它的精細描繪勾勒出黑洞輪廓。

然而，要獲得這樣一幅黑洞“剪影”，難度超乎想象。黑洞研究專家、中國科學院上海天文臺副臺長袁峰介紹，直接觀測黑洞需要極高分辨率的望遠鏡：如果是光學望遠鏡，則要為它配備一塊直徑達幾公里的玻璃鏡片；如果是紅外望遠鏡，它的口徑更要達到幾十甚至上百公里；若是毫米波望遠鏡，其口徑將相當于地球直徑。

目前，人類技術磨不出幾公里口徑的玻璃鏡片，但依靠甚長基線干涉測量（VLBI）技術，只要將在地球不同地區的毫米波射電望遠鏡聯成網，就相當于組成了一座與地球直徑相當的超大望遠鏡。

創建EHT是一項非常艱巨的工作，需要升級和連接部署八個現有的射電望遠鏡來組成全球網絡，而這些望遠鏡分布在全球的高海拔地區，包括夏威夷和墨西哥的火山、美國亞利桑那州山脈、西班牙內華達山脈、智利阿塔卡馬沙漠，以及南極點。

2017年4月，科學家將八臺射電望遠鏡組成了巨大的EHT。“通過這些望遠鏡，我們可以接收到來自黑洞的輻射，如同拼圖一般將這些微弱信號累積起來，最終就能獲得一幅黑洞‘剪影’。”袁峰說，哪怕是2016年發現的引力波，也只是間接證明黑洞的存在，只有得到真實影像，才是黑洞真實存在的鐵證！

黑洞“模特”：人馬座A*星和M87

經過兩年多數據處理，科學家們終于在北京時間4月10日21時，向全球揭開首張黑洞“剪影”。

這次公布的黑洞照片，拍攝的是銀河系外的巨型橢圓星系M87中心黑洞。中國科學院上海天文臺臺長沈志強解釋說，M87中心黑洞是目前已知的最大黑洞之一，距離地球5500萬光年，相當于65億個太陽質量。實際上，超大質量黑洞是相當小的天體，以至于幾乎不能被直接看到。由于黑洞質量越大，黑洞陰影越大，M87中心黑洞從地球看過去是角直徑最大的黑洞之一，因此成為EHT試圖捕獲的一個完美目標。

其實，每個星系中心都會有一個黑洞，這次科學家一共觀測了六個黑洞，人馬座A*星中心黑洞（即“銀心黑洞”）也是主要觀測對象之一。沈志強告訴記者，銀心黑洞距離地球僅約兩萬五千光年，其質量約為太陽的430萬倍，是離地球距離最近的超大質量黑洞。

早在2005年，沈志強領銜的國際天文研究小組就在3.5毫米觀測波長的精度下，獲得了銀心黑洞圖像，研究結果發表于《自然》雜志。2018年，科學家獲得銀心黑洞1.3毫米波長精度的圖像，由于參與的望遠鏡較少，其分辨率不如這次發布的圖像高。

觀測精度已經提升了不止十倍

“這次，EHT在1.3毫米波觀測到了黑洞迄今為止最清晰的圖像。”參與EHT項目的中國科學院上海天文臺研究員路如森告訴記者，EHT的分辨率達到了20微角秒，這個精度意味著，你可以在紐約閱讀一份巴黎街頭攤開的報紙。

達到這個精度需要克服難以想象的困難。自上世紀六十年代，天文學家逐漸意識到黑洞可以被觀測，就開始了幾十年堅持不懈的努力。“從開始到現在，觀測精度已經提升了不止十倍。”沈志強介紹，為了突破觀測極限，科學家把望遠鏡造在海拔幾千米的高山上，但觀測精度又要求望遠鏡的反射面偏差不能超過60微米，克服溫差和材料形變都是必須攻克的難關。而且，數據必須記錄在充氦磁盤上；無法聯網的八臺望遠鏡必須用氫鐘保持同步……

路如森曾在夏威夷麥克斯韋望遠鏡（JCMT）工作過，他對堅守的日子記憶猶新：稀薄的空氣令人感到呼吸困難，24小時值守只分兩班，每天還必須將沉重的磁盤扛上機器，不出差錯地安裝上去。“這的確是段艱苦的日子，但終于實現了我們的夢想！”

“現在才算初步看清了黑洞的樣子。”沈志強說，接收到信息后，科學家還需對海量的信息進行處理，“比如南極的數據四月收了之后，直到九十月份才能取到。”科學家將大量時間用在比對、確認上，確保發布的圖像準確無誤。

在這場漫漫探索中，我國科學家作出了重要貢獻。不少科學家長期關注高分辨率黑洞觀測和黑洞物理的理論與數值模擬研究。在2017年EHT全球聯合觀測期間，上海65米天馬望遠鏡和新疆南山25米射電望遠鏡，共同參與了密集的毫米波VLBI協同觀測，為最終的M87黑洞成像提供了總流量的限制。

“接下來，我們準備將觀測波段提升到0.8毫米、345G赫茲。”沈志強說，未來隨著格陵蘭望遠鏡、基特峰望遠鏡等的加入，EHT的靈敏度將顯著提高，“我們將把黑洞看得更加清晰。”