北京時(shí)間2022年5月12日21時(shí)07分，全國(guó)各地的天文學(xué)家和天文研究中心，幾乎同時(shí)公布銀河系中心黑洞人馬座A*（Sgr A*）的照片，這是關(guān)于人馬座A*（Sgr A*）的首張照片。

但讓人們不解的是，人們對(duì)天文的研究已經(jīng)長(zhǎng)達(dá)千年，為何關(guān)于黑洞的照片卻寥寥無幾，是真的難以捕捉，還是科學(xué)技術(shù)無法達(dá)到拍攝的需求呢？讓我們一起來看看。

在人類天文事業(yè)的發(fā)展中，關(guān)于黑洞的真相一直是科學(xué)家難以捕捉的秘密，而不久前拍攝的人馬座黑洞的照片，也僅僅是關(guān)于黑洞的第二張照片而已，但拍攝這張照片所動(dòng)用的力量卻是驚人的，該照片由分布在地球上的8個(gè)射電望遠(yuǎn)鏡組成的，一個(gè)等效于地球般大小的虛擬望遠(yuǎn)鏡（即，EHT）所捕獲。既然第二張照片如此費(fèi)時(shí)費(fèi)力，那第一張黑洞照片又是如何拍攝的呢？

第一張黑洞照片

第一張黑洞照片是由事件視界望遠(yuǎn)鏡拍攝的距離地球5500萬光年的M87*黑洞的照片。從2017年4月起，天文學(xué)家動(dòng)用了遍布全球的8個(gè)毫米/亞毫米波射電望遠(yuǎn)鏡，組成了一個(gè)所謂的“事件視界望遠(yuǎn)鏡”。

這8臺(tái)望遠(yuǎn)鏡連續(xù)多天進(jìn)行了觀測(cè)，隨后又經(jīng)過了長(zhǎng)達(dá)兩年的數(shù)據(jù)分析，終于在2019年4月10日召開了全球新聞發(fā)布會(huì)，正式公布了第一張黑洞照片。

第一張黑洞照片一經(jīng)發(fā)布就引發(fā)了廣大天文愛好者甚至普通人的關(guān)注，因?yàn)檫@張照片的拍攝是具有劃時(shí)代意義的。它不僅有助于科學(xué)家進(jìn)一步驗(yàn)證愛因斯坦廣義相對(duì)論等基礎(chǔ)理論，還意味著更多的謎團(tuán)有待解開，對(duì)于研究宇宙的真相提供了前所未有的幫助。

人們進(jìn)一步增加了望遠(yuǎn)鏡的數(shù)量，并不斷更新望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)能力，終于在第一張黑洞照片公布后的第三年，第二張黑洞照片也成功問世。

我國(guó)華中科技大學(xué)物理學(xué)院天文系的吳慶文教授正是EHT中國(guó)團(tuán)隊(duì)成員，在第一張黑洞照片和這次發(fā)布的工作中，吳慶文教授和他的團(tuán)隊(duì)主要從事相關(guān)理論分析工作，這是我國(guó)大學(xué)人才為人類天文學(xué)事業(yè)所出的一份力。

黑洞又被稱為時(shí)空曲率大到光都無法逃脫的天體，是吞噬萬物的“巨獸”，宇宙中的任何物質(zhì)都逃不出黑洞的“法眼”，好在黑洞周圍能夠散發(fā)光芒，這些光芒在被黑洞吞噬之前，成為了留給人們觀測(cè)最后的波紋。人類也正是利用了這些光芒，才把未知的宇宙奧秘帶回到大眾的視野。

在這張圖片中我們可以看到，一圈光亮圍繞著中間一片黑色的區(qū)域，好像天空中的一個(gè)“甜甜圈”，與第一張黑洞照片不同，這個(gè)黑洞據(jù)科學(xué)家觀測(cè)可能離地球2.7萬光年。

而第一張關(guān)于黑洞的m87黑洞照片大約距離地球5500萬光年，但科學(xué)家卻說，這張照片的拍攝難度是第一張黑洞照片拍攝難度的幾倍甚至幾十倍。

為什么黑洞照片難以拍攝

首先是因?yàn)楹诙吹淖陨韺傩?，黑洞無法直接觀測(cè)，黑洞之所以稱為“黑洞”是因?yàn)樗旧硎制岷?，且并不發(fā)光，當(dāng)相機(jī)或望遠(yuǎn)鏡拍攝觀察一片黑暗時(shí)，可想而知會(huì)有多么困難。除此之外，拍攝黑洞照片是有“玄學(xué)”的，黑洞無時(shí)無刻不在吞噬著周圍的物體，人們付出巨大努力也不見得能真正拍到照片。

其次是數(shù)據(jù)收集難，為了拍下這張照片，研究人員利用EHT在多個(gè)夜晚對(duì)準(zhǔn)人馬座 A*黑洞，進(jìn)行連續(xù)數(shù)小時(shí)的數(shù)據(jù)收集。只有數(shù)據(jù)還不行，科研人員需要通過浩如煙海的數(shù)據(jù)分析計(jì)算出黑洞的具體位置，來自全球80個(gè)研究機(jī)構(gòu)的300多名研究人員進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)5年的工作，工作量之大難以想象。

不為人知的是，黑洞照片的拍攝并不是單獨(dú)的一張照片，而是研究人員通過數(shù)據(jù)分析合成的多張照片的平均值。

還有一個(gè)很重要的原因是望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)水平有待進(jìn)一步提高。EHT是由8個(gè)遍布全球的射電望遠(yuǎn)鏡組成的事件視界望遠(yuǎn)鏡，它們共同構(gòu)成了一個(gè)地球大小的虛擬望遠(yuǎn)鏡，提供了強(qiáng)大的觀測(cè)能力。這不僅耗時(shí)耗力，而且還需要大量相關(guān)工作的頂尖人員。

地球和銀河系之間存在著大量的宇宙塵埃，這部分氣體和塵埃對(duì)來自銀河系中心的電磁波輻射，會(huì)產(chǎn)生散射效應(yīng)，可能會(huì)對(duì)銀河系中心圖像產(chǎn)生“模糊和放大”的效果，所以科學(xué)家需要到更短的毫米波里去成像。這無疑又加大了黑洞的拍攝難度。

兩張圖片的對(duì)比

令人們感到不解的是，科技不斷進(jìn)步，我們的宇宙也越來越了解，可是為什么第二張黑洞照片卻沒有第一張拍得清晰呢？而且這次黑洞的距離要遠(yuǎn)小于第一次，難道距離越遠(yuǎn)拍得越清楚？

望遠(yuǎn)鏡之所以能夠拍下黑洞是因?yàn)橹車l(fā)的光芒，光芒移動(dòng)的速度接近光速，M87黑洞的直徑要更大，光芒圍繞黑洞所進(jìn)行的時(shí)間要比人馬座A*黑洞時(shí)間長(zhǎng)，光芒繞過M87黑洞可能需要幾天或者幾周，而繞過人馬座A*黑洞只需要幾分鐘，所以人馬座A*黑洞周圍的光芒會(huì)時(shí)刻變化，望遠(yuǎn)鏡很難捕捉到光芒的顯現(xiàn)。而拍攝M87黑洞可以進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的拍攝，所以合成后的畫面也更清晰一些。

為什么要給黑洞拍照

別看只是小小的一張照片，背后是幾代天文人的努力，照片背后所付出的艱辛也是難以想象的。這兩張照片的問世，帶給人類的意義到底是什么？為什么要不惜余力地給黑洞拍照片？

黑洞照片最主要的目的就是在強(qiáng)引力場(chǎng)下驗(yàn)證廣義相對(duì)論,看看觀測(cè)結(jié)果是否與理論預(yù)言一致。廣義相對(duì)論（General Relativity）是描述物質(zhì)間引力相互作用的理論。其基礎(chǔ)由愛因斯坦于1915年完成，1916年正式發(fā)表。這一理論首次把引力場(chǎng)等效成時(shí)空的彎曲。黑洞照片成功拍攝證明了愛因斯坦廣義相對(duì)論的基礎(chǔ)，為物理學(xué)的發(fā)展起到了重要意義。

黑洞照片讓科學(xué)家們可以通過黑洞陰影的尺寸限制中心黑洞的質(zhì)量了，測(cè)量黑洞中心區(qū)域和周圍的光，計(jì)算出黑洞的具體質(zhì)量。第一張M87黑洞的照片對(duì)測(cè)量黑洞質(zhì)量提供了巨大幫助。

黑洞照片的另一大意義是有助于理解黑洞噴流的產(chǎn)生和方向。通過對(duì)黑洞照片的觀察，我們能夠理解黑洞是如何“吞噬”東西的。一些向黑洞下落的物質(zhì)會(huì)在被吞噬之前，由于磁場(chǎng)的作用，沿著黑洞的轉(zhuǎn)動(dòng)方向被噴出去?，F(xiàn)在有了黑洞的照片，科學(xué)家可以知道在靠近噴流產(chǎn)生的源頭處發(fā)生了什么。這無疑讓科學(xué)家對(duì)黑洞的研究更進(jìn)一步。

霍金對(duì)黑洞的研究

霍金對(duì)黑洞的研究主要是提出了黑洞輻射理論，霍金認(rèn)為由于量子效應(yīng)黑洞可能會(huì)往外散發(fā)熱輻射，這樣就會(huì)導(dǎo)致黑洞蒸發(fā)現(xiàn)象，由此黑洞的質(zhì)量會(huì)逐漸減少。根據(jù)量子力學(xué)和質(zhì)量守恒定律，空間趨向于真空時(shí)會(huì)產(chǎn)生虛粒子對(duì)，這種粒子也會(huì)在碰撞之后消失，當(dāng)虛粒子對(duì)運(yùn)動(dòng)到黑洞邊緣，很可能被黑洞強(qiáng)大引力吸進(jìn)黑洞內(nèi)部，而不被觀測(cè)到，當(dāng)虛粒子對(duì)進(jìn)入黑洞它是帶有負(fù)質(zhì)量的，所以黑洞的質(zhì)量會(huì)逐漸變小。但這推測(cè)還有待后人的證實(shí)或是質(zhì)疑 。

在本世紀(jì)最偉大的科幻電影《星際穿越》中，諾蘭導(dǎo)演向影迷們展示了他所認(rèn)為的黑洞，電影中的主人公駕駛宇宙飛船發(fā)現(xiàn)了一個(gè)名為“卡岡圖雅”的黑洞，與人們拍攝的真實(shí)黑洞照片不同，電影中的黑洞看起來更魔幻，更神秘，但兩者的本質(zhì)特征一致，都是光芒圍繞著一個(gè)深不見底的黑色區(qū)域。

我們驚嘆于科幻作品的驚艷之余，不要被虛擬世界所迷惑，始終保持理性的思考和奮斗才能真正破解黑洞的奧秘。現(xiàn)如今天文望遠(yuǎn)鏡不斷發(fā)展，人們對(duì)宇宙也并不是一竅不通了，相信在未來我們也能像電影中那樣穿梭于黑洞之間。