北京時(shí)間4月10日晚9時(shí)許，包括中國(guó)在內(nèi)，全球多地天文學(xué)家同步公布首張黑洞真容。
這一由200多名科研人員歷時(shí)10余年、從四大洲8個(gè)觀測(cè)點(diǎn)“捕獲”的視覺(jué)證據(jù)，有望證實(shí)愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論在極端條件下仍然成立。
2019年4月10日，人類(lèi)終于看見(jiàn)黑洞真容!
這張?jiān)谌蚨嗟赝焦嫉?ldquo;大片”，證實(shí)了神秘天體黑洞的存在，也使得愛(ài)因斯坦的百年猜想終得檢驗(yàn)!
經(jīng)過(guò)10多年準(zhǔn)備，四大洲8個(gè)觀測(cè)點(diǎn)組成虛擬望遠(yuǎn)鏡網(wǎng)絡(luò)——一個(gè)如同地球直徑大小的事件視界望遠(yuǎn)鏡，在集齊所有觀測(cè)數(shù)據(jù)并深度分析后，讓黑洞終于擁有了一張“正面照”。
為何要給黑洞拍照?獲得這張照片有多難?人類(lèi)合作探究宇宙還將揭示哪些新的奧秘?記者第一時(shí)間采訪了參與國(guó)際合作的中外科學(xué)家，對(duì)此作出解答。
首次“看到”黑洞：愛(ài)因斯坦說(shuō)對(duì)了
浩瀚星空中，黑洞是極神秘又惹人遐思的天體。
它，“吞噬”一切，連光也無(wú)法逃脫。它，體積小、質(zhì)量大，可以彎曲周?chē)臅r(shí)空。它的“前世今生”帶著重重謎團(tuán)，讓人好奇無(wú)比。百余年來(lái)，人類(lèi)探尋黑洞奧秘的腳步從未停歇。
從愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論率先預(yù)言黑洞的存在，到惠勒提出“黑洞”概念，再到霍金提出“黑洞是時(shí)空的扭曲者”……科學(xué)家們?nèi)找嫦嘈�，宇宙中存在許多大小不一的黑洞，甚至在銀河系的中心就有一個(gè)超大黑洞。
多年來(lái)，一些間接證據(jù)陸續(xù)證實(shí)黑洞的存在，人類(lèi)不斷插上科幻翅膀勾畫(huà)黑洞容顏。
科幻電影也在不斷“幻想”黑洞影像。在電影《星際穿越》中，黑洞“卡岡圖雅”是那深不見(jiàn)底的黑色中心與明亮立體的氣體圓圈。就在4年前，兩個(gè)黑洞合并產(chǎn)生的引力波信號(hào)被科學(xué)家“捕捉”到，成為科學(xué)界的一個(gè)里程碑事件，人類(lèi)開(kāi)始“聽(tīng)”到黑洞。
這一次，人類(lèi)終于眼見(jiàn)為實(shí)。
此次露出真容的黑洞，位于室女座一個(gè)巨橢圓星系M87的中心，距離地球5500萬(wàn)光年，質(zhì)量約為太陽(yáng)的65億倍。它的核心區(qū)域存在一個(gè)陰影，周?chē)h(huán)繞一個(gè)新月?tīng)罟猸h(huán)!
“觀測(cè)結(jié)果與理論預(yù)言非常一致，這證實(shí)在黑洞這樣的極端條件下，廣義相對(duì)論仍然成立。”中國(guó)科學(xué)院上海天文臺(tái)臺(tái)長(zhǎng)沈志強(qiáng)說(shuō)，先輩科學(xué)家為我們這個(gè)世界搭建的理論模型，再次經(jīng)受住考驗(yàn)。
上海天文臺(tái)研究員路如森難掩興奮：“黑洞的暗影區(qū)域和光環(huán)，相當(dāng)于打開(kāi)一扇窗，未來(lái)可以更好地重構(gòu)黑洞‘吞噬’的物理過(guò)程，深入了解這個(gè)過(guò)程中發(fā)生的奇異事件。”
拍照難在哪?用難以想象的計(jì)劃尋找“至暗信號(hào)”
給黑洞拍照的難點(diǎn)，在參與此次大科學(xué)計(jì)劃的專(zhuān)家眼中，可以用三個(gè)字來(lái)形容：“小”“暗”“擾”——細(xì)節(jié)太小，信號(hào)太暗，干擾太多。
黑洞如此遙遠(yuǎn)，尋找它如同從地球觀察月球上的一個(gè)橘子，需要的望遠(yuǎn)鏡口徑超乎想象。況且，這個(gè)望遠(yuǎn)鏡還要足夠靈敏，才能“看”得清極其微小的細(xì)節(jié)。
自400多年前伽利略發(fā)明望遠(yuǎn)鏡以來(lái)，人類(lèi)科技水平的飛速提升讓望遠(yuǎn)鏡的口徑越來(lái)越大、“分工”越來(lái)越細(xì)。但要給黑洞拍照，依靠人類(lèi)現(xiàn)有任何單個(gè)天文望遠(yuǎn)鏡都遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。
這是一個(gè)難以想象的大科學(xué)計(jì)劃：用分布全球的8個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，組成一個(gè)口徑如地球直徑大小的虛擬望遠(yuǎn)鏡。條件苛刻的觀測(cè)點(diǎn)，包括夏威夷和墨西哥的火山、西班牙的內(nèi)華達(dá)山脈、智利的阿塔卡馬沙漠、南極點(diǎn)等。
要順利拍照，不僅要“看”得遠(yuǎn)，還要選對(duì)頻道。“對(duì)黑洞成像而言，最佳的波段進(jìn)行觀測(cè)至關(guān)重要，這個(gè)波段就在1毫米附近，成像的分辨率相當(dāng)于能在黑龍江漠河閱讀南沙群島上的一張報(bào)紙。”路如森說(shuō)。
不同的望遠(yuǎn)鏡各有所長(zhǎng)。正是給黑洞拍照的這一特殊要求，讓包括“中國(guó)天眼”在內(nèi)的一些大型望遠(yuǎn)鏡“束手旁觀”。
專(zhuān)家解釋?zhuān)@一波段的黑洞電磁波輻射最明亮，而背景“噪音”的干擾又最小。
拍照難，洗照也不易。望遠(yuǎn)鏡記錄下的海量數(shù)據(jù)，需要進(jìn)行復(fù)雜的后期處理和分析，才能獲取最終的黑洞圖像。
以2017年4月的觀測(cè)為例，每個(gè)臺(tái)站的數(shù)據(jù)率達(dá)到驚人的32GB/秒，8個(gè)臺(tái)站在5天觀測(cè)期間共記錄約3500TB的數(shù)據(jù)。專(zhuān)家表示，如果是像看電影一樣不間斷地看，這些數(shù)據(jù)至少需要500多年才能看完。
該國(guó)際合作項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、哈佛大學(xué)教授謝潑德·多爾曼表示，10多年來(lái)，正是技術(shù)的突破、新望遠(yuǎn)鏡的建成，最終使人類(lèi)能夠“看到”黑洞。
躋身一流，中國(guó)成為國(guó)際科學(xué)合作重要參與者
從首張?jiān)卤痴掌绞讖埡诙凑掌�，人�?lèi)觀測(cè)宇宙的新窗口正在不斷打開(kāi)。在探索宇宙奧秘的征程中，中國(guó)也不斷貢獻(xiàn)著智慧。
我國(guó)科學(xué)家全程參與了給黑洞拍照這項(xiàng)國(guó)際合作，在早期推動(dòng)這一項(xiàng)國(guó)際合作、望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)時(shí)間申請(qǐng)、夏威夷望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)運(yùn)行、后期數(shù)據(jù)處理和理論分析等方面均做出了貢獻(xiàn)。
沈志強(qiáng)說(shuō)，基礎(chǔ)科學(xué)研究的國(guó)際合作是大勢(shì)所趨，但很多時(shí)候不能只靠經(jīng)費(fèi)投入“湊份子”，前期研究和人才積累是取得合作“話(huà)語(yǔ)權(quán)”的重要因素。
從“中國(guó)天眼”(FAST)到“世界巨眼”(SKA)，從人類(lèi)基因組測(cè)序到泛第三極環(huán)境研究，近年來(lái)，中國(guó)參與國(guó)際合作的廣度和深度不斷加大，在吸收世界創(chuàng)新養(yǎng)分的同時(shí)，也不斷貢獻(xiàn)中國(guó)智慧。
隨著全球射電天文學(xué)方興未艾，接連涌現(xiàn)類(lèi)星體、脈沖星、星際分子和微波背景輻射四大天文發(fā)現(xiàn)。近年來(lái)，我國(guó)陸續(xù)建成多座射電望遠(yuǎn)鏡，口徑從25米到65米再到500米，從追趕到并跑，天文學(xué)研究開(kāi)始逐步躋身一流。
“過(guò)去一二十年間，中國(guó)在射電天體物理學(xué)、天文學(xué)等領(lǐng)域取得了巨大進(jìn)展，在此次國(guó)際合作中做出了不可或缺的貢獻(xiàn)。”荷蘭奈梅亨大學(xué)教授海諾·法爾克說(shuō)，隨著中國(guó)的射電干涉測(cè)量和太空探索能力迅速增長(zhǎng)，中國(guó)將成為國(guó)際科學(xué)合作的重要參與者。
黑洞的順利成像不是終點(diǎn)。
主持歐洲地區(qū)發(fā)布會(huì)的德國(guó)馬克斯·普朗克射電天文研究所所長(zhǎng)安東·岑蘇斯強(qiáng)調(diào)，未來(lái)還將增加望遠(yuǎn)鏡的數(shù)量，甚至對(duì)新的黑洞進(jìn)行觀測(cè)，繼續(xù)驗(yàn)證廣義相對(duì)論的有關(guān)預(yù)測(cè)，借此了解星系的形成和演進(jìn)，為人類(lèi)解開(kāi)更多奧秘……
愛(ài)因斯坦說(shuō)，科學(xué)是永無(wú)止境的，它是一個(gè)永恒之謎。
