黑洞今晚就要亮相了。

北京時(shí)間4月10日晚9點(diǎn)，全球六地（比利時(shí)布魯塞爾、智利圣地亞哥、中國(guó)上海和臺(tái)北、日本東京和美國(guó)華盛頓）將通過協(xié)調(diào)召開全球新聞發(fā)布會(huì)，事件視界望遠(yuǎn)鏡（EHT）將宣布一項(xiàng)與超大質(zhì)量黑洞照片有關(guān)的重大成果，人類首張黑洞照片即將在全球六地同步發(fā)布。

給黑洞拍照的“神器”是什么樣的存在？

事實(shí)上，這是一個(gè)虛擬的望遠(yuǎn)鏡網(wǎng)絡(luò)。據(jù)媒體報(bào)道，全球一共60多個(gè)研究機(jī)構(gòu)參與了研究，其中包括中國(guó)科學(xué)院下屬的上海天文臺(tái)、云南天文臺(tái)等機(jī)構(gòu)，以及華中科技大學(xué)、南京大學(xué)、中山大學(xué)、北京大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院大學(xué)、臺(tái)灣大學(xué)等高校。這也是中國(guó)上海和臺(tái)北兩地聯(lián)合舉辦新聞發(fā)布會(huì)的原因。

驚人的分辨率

簡(jiǎn)單來說，分辨率越好，拍照越清楚。

澎湃新聞?dòng)浾邚摹笆录暯缤h(yuǎn)鏡” （Event Horizon Telescope， EHT）項(xiàng)目官網(wǎng)獲悉，該項(xiàng)目希望能夠辨析兩個(gè)星系中心黑洞的“事件視界”：一個(gè)位于銀河系的中心，另一個(gè)位于附近星系M87的中心。

位于銀河系中心的是巨大黑洞人馬座A*，黑洞大小約是太陽(yáng)的30倍，但它距離地球非常遠(yuǎn)，在月球上看起來和橙子差不多大小。看到人馬座A*所需的分辨率是哈勃空間望遠(yuǎn)鏡的2000倍。

EHT項(xiàng)目負(fù)責(zé)人謝潑德·多爾曼(Sheperd Doeleman)此前接受媒體采訪時(shí)這樣形容其觀測(cè)難度：相當(dāng)于在紐約也能夠清楚細(xì)數(shù)遠(yuǎn)在洛杉磯的一個(gè)高爾夫球上的凹洞。

位于星系M87中心的是超大質(zhì)量黑洞。這個(gè)黑洞的質(zhì)量大約是人馬座A*的1500倍，距離是人馬座A*的2000倍。因此，它的事件視界的大小并不像人馬座A*那么大。

EHT 需要足夠強(qiáng)大的分辨率，也稱為角分辨率，以匹配這些黑洞的小角度大小。改進(jìn)角分辨率是天文學(xué)家希望建造越來越大的望遠(yuǎn)鏡的兩個(gè)原因之一（另一個(gè)原因是提高了靈敏度）。

作為比較，人眼在可見光下的分辨率約為60角秒，直徑2.4米的哈勃望遠(yuǎn)鏡的分辨率約為0.05角秒，但這樣的角分辨率遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足以實(shí)現(xiàn)事件視界望遠(yuǎn)鏡的目標(biāo)。

根據(jù)EHT介紹，角分辨率是望遠(yuǎn)鏡能有差別地區(qū)分開兩相鄰物體最小間距的能力。在天文學(xué)中，分辨率的數(shù)學(xué)公式是R (分辨率) ~ λ/D， 其中λ是望遠(yuǎn)鏡的波長(zhǎng)，D是望遠(yuǎn)鏡的大小。D越大，R越小，角度分辨率就越好。

D意味著EHT陣列中任意兩個(gè)望遠(yuǎn)鏡之間最長(zhǎng)的距離。這就是為什么EHT望遠(yuǎn)鏡會(huì)分布在北美洲、夏威夷、歐洲、南美洲和南極洲的原因。

根據(jù)EHT介紹，這些望遠(yuǎn)鏡一同協(xié)調(diào)能實(shí)現(xiàn)前所未有的角分辨率，這樣的角分辨率甚至能夠在地球上閱讀月球上的報(bào)紙。如果沒有EHT驚人的分辨能力，黑洞看起來就像一個(gè)點(diǎn)源，就像大多數(shù)恒星出現(xiàn)在肉眼中一樣。

如何選定觀測(cè)時(shí)間？

硬件有了，在什么時(shí)候觀測(cè)才能看得更清楚呢？

觀測(cè)時(shí)機(jī)的關(guān)鍵在于可見度。EHT官網(wǎng)介紹，觀測(cè)時(shí)機(jī)需要考量不同觀測(cè)點(diǎn)的天氣、觀測(cè)可變性。由于不同地點(diǎn)的望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)點(diǎn)分布在沙漠、熱帶地區(qū)、山區(qū)和冰原，所以EHT需要根據(jù)監(jiān)控和分析一年內(nèi)的氣候變化，由此得出最佳可見度。

氣候之外，大氣不透明度和透射率也直接決定了觀測(cè)的效果。EHT透露，他們通過測(cè)量大氣透視性來得出所有站點(diǎn)之間的相關(guān)性，并因此判斷望遠(yuǎn)鏡聚光的最有效觀測(cè)時(shí)機(jī)。

關(guān)于大氣不透明度和透射率，EHT解釋，在大氣不透明度較高的情況下，空氣中的分子會(huì)衍射（改變光子的方向）光，因此原始的信號(hào)會(huì)有所衰退。因此，EHT官方會(huì)持續(xù)監(jiān)控天氣模式的變化，以最大限度地減少信號(hào)衰減并觀察最完整的波型。

此外，對(duì)于提高望遠(yuǎn)鏡的精度，EHT透露，增加更多的望遠(yuǎn)鏡點(diǎn)位可以幫助提升圖片的質(zhì)量。從2018年起，又有格陵蘭島望遠(yuǎn)鏡、位于法國(guó)的IRAM NOEMA天文臺(tái)和位于美國(guó)的基特峰國(guó)立天文臺(tái)加入后續(xù)的研究和校準(zhǔn)工作。

而根據(jù)媒體報(bào)道，全球一共60多個(gè)研究機(jī)構(gòu)參與了研究，其中包括中國(guó)科學(xué)院下屬的上海天文臺(tái)、云南天文臺(tái)等機(jī)構(gòu)，以及華中科技大學(xué)、南京大學(xué)、中山大學(xué)、北京大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院大學(xué)、臺(tái)灣大學(xué)等高校。這也是中國(guó)上海和臺(tái)北兩地聯(lián)合舉辦新聞發(fā)布會(huì)的原因。

而上海交通大學(xué)物理與天文學(xué)院特別研究員祖穎也表示，之所以選擇在中國(guó)上海發(fā)布來自事件視界望遠(yuǎn)鏡的這一項(xiàng)重大成果，是對(duì)中國(guó)現(xiàn)代天文學(xué)飛速發(fā)展的一個(gè)肯定，如上海天文臺(tái)的射電望遠(yuǎn)鏡參加了EHT前期的一些調(diào)試工作，有部分科學(xué)家參與了EHT的研究。另外，也代表了國(guó)際科學(xué)界對(duì)中國(guó)科技實(shí)力的重視，伴隨著我們國(guó)家大型科學(xué)裝置的設(shè)計(jì)和建造水平的提高，如貴州的全世界最大的單口徑500米射電望遠(yuǎn)鏡FAST的成功運(yùn)行，相信在未來的科學(xué)發(fā)展高光時(shí)刻有更多中國(guó)科學(xué)家的身影。