2019年4月10日北京時(shí)間晚上10點(diǎn)鐘，萬(wàn)眾矚目的人類第一張黑洞“照片”對(duì)外公布。
國(guó)內(nèi)外的社交網(wǎng)絡(luò)瞬間就被那張?zhí)鹛鹑δ拥恼掌⒘似粒瑏?lái)自天文專家和資深天文科普專家的種種解讀也第一時(shí)間占領(lǐng)了微博、推特、臉譜和微信。
不過(guò)很多讀者表示，那些專業(yè)解讀看起來(lái)還是有些深?yuàn)W，所以特別希望有人能夠?qū)δ切┙庾x再進(jìn)行一些深入淺出的解讀，此外還有一些網(wǎng)友對(duì)這張照片本身表示了一些疑問(wèn)，為此我寫(xiě)了《關(guān)于“人類首張黑洞照片”的五問(wèn)五答》，這篇科普文公開(kāi)發(fā)表后反響不錯(cuò)，之后又收到一些反饋意見(jiàn)，因此我計(jì)劃對(duì)這篇文章進(jìn)行一些增補(bǔ)和修改（原標(biāo)題已經(jīng)不合時(shí)宜了，所以更改為現(xiàn)名），再次發(fā)表出來(lái)，希望能夠幫助普通讀者解決一些疑惑，也敬請(qǐng)專業(yè)讀者就本文不足之處不吝賜教。
01
什么是黑洞？
簡(jiǎn)單的說(shuō)，黑洞就是宇宙里某些引力特別強(qiáng)的區(qū)域，在這些區(qū)域里連光都飛不出去，在我們看來(lái)就是黑咕隆咚的，所以天文學(xué)家給這些區(qū)域取了形象的名字：黑洞。
我們都知道，大科學(xué)家牛頓在17世紀(jì)末提出了萬(wàn)有引力定律，指出宇宙中任何有質(zhì)量的物體都會(huì)產(chǎn)生引力，吸引它周圍的其他物體朝它降落，只有那些具備一定速度的物體才能掙脫它的引力束縛而不掉落在它的表面，這個(gè)速度叫做“逃逸速度”。
根據(jù)萬(wàn)有引力定律，利用高中物理知識(shí)我們就知道，逃逸速度除了跟中心物體的質(zhì)量有關(guān)，還跟逃逸物體與中心物體的距離有關(guān)，逃逸物距離中心物體越近，所需的逃逸速度就越高。
如果逃逸速度達(dá)到光速會(huì)怎么樣？1783年11月27日英國(guó)科學(xué)家約翰·米歇爾在寫(xiě)給另一個(gè)英國(guó)科學(xué)家卡文迪許的信里就指出：一個(gè)和太陽(yáng)同等質(zhì)量的天體，如果半徑只有3千米，那么這個(gè)天體是不可見(jiàn)的，因?yàn)楣鉄o(wú)法逃離天體表面。
米歇爾稱之為暗星。1796年，法國(guó)天文學(xué)家皮埃爾·西蒙·拉普拉斯在《世界體系》這本書(shū)里也預(yù)言：“一個(gè)質(zhì)量如250個(gè)太陽(yáng)，而直徑為地球的發(fā)光恒星，由于其引力的作用，將不允許任何光線離開(kāi)它。
由于這個(gè)原因，宇宙中最大的發(fā)光天體，卻不會(huì)讓我們看見(jiàn)”?？茖W(xué)史研究人員據(jù)此認(rèn)定，盡管“黑洞”這個(gè)詞是20世紀(jì)60年代才出現(xiàn)的，但追根溯源，米歇爾和拉普拉斯才是黑洞這個(gè)概念最早的預(yù)言者。
但是拉普拉斯等人只是把黑洞當(dāng)成一種純理論的東西，因?yàn)榘凑账麄兊挠?jì)算，這樣的天體密度高得可怕，似乎是根本不可能存在的東西，根本沒(méi)必要為它傷腦筋，此外，他們做出這樣的預(yù)言時(shí)，依據(jù)的是牛頓主張的“光是一種微?！钡募僬f(shuō)，但不久“光是一種波”的觀念就取代了這一假說(shuō)，牛頓力學(xué)是否適用于光波，誰(shuí)也說(shuō)不準(zhǔn)，所以拉普拉斯在自己的書(shū)的第二次修訂版里干脆刪去了自己的黑洞預(yù)言。
1915年11月愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論問(wèn)世之后，由于數(shù)學(xué)能力不足（你看，大科學(xué)家也有短處），他只給出了他的引力場(chǎng)方程的近似解。
論文發(fā)表20天后一位名叫卡爾·施瓦西的德國(guó)天文學(xué)家在戰(zhàn)壕里（當(dāng)時(shí)是第一次世界大戰(zhàn)時(shí)期，這位天文學(xué)家正在東線服兵役，1916年5月11日因病去世）通過(guò)數(shù)學(xué)計(jì)算給出了愛(ài)因斯坦引力場(chǎng)方程的一個(gè)精確解，并寫(xiě)成論文發(fā)給了愛(ài)因斯坦，在論文里他根據(jù)自己的計(jì)算預(yù)言：如果某天體全部質(zhì)量都?jí)嚎s到很小的“引力半徑”范圍之內(nèi)，所有物質(zhì)、能量（包括光）都被引力囚禁在內(nèi)，從外界看，這天體就是絕對(duì)黑暗的。
論文指出的這個(gè)半徑被稱作“施瓦西半徑”，位于中心天體施瓦西半徑處的一個(gè)假想球面，被稱作“視界”。
和拉普拉斯等人一樣，愛(ài)因斯坦等物理學(xué)家也沒(méi)有把這樣一個(gè)理論預(yù)言太當(dāng)回事，特別是愛(ài)因斯坦，因?yàn)楹诙吹母拍畎凳玖艘ζ纥c(diǎn)的存在，這與愛(ài)因斯坦的一些觀念沖突，所以他很排斥這個(gè)概念。
隨著天體物理學(xué)的發(fā)展，一些研究恒星演化理論的學(xué)者通過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，普通恒星演化到末期，由于內(nèi)部核反應(yīng)熄火，沒(méi)有辦法對(duì)抗自身的引力，將被迫收縮，這就會(huì)產(chǎn)生大量非常致密的物質(zhì)。阻礙人們接受黑洞概念的一個(gè)思想障礙就這樣被克服了，黑洞的概念突然不再可有可無(wú)。
1934年，德國(guó)天文學(xué)家沃爾特·巴德和瑞士天文學(xué)家弗里茨·茲威基提出中子星理論，指出大質(zhì)量恒星的演化結(jié)局就是一個(gè)中子星或黑洞。
1939年，美國(guó)物理學(xué)家羅伯特·奧本海默（美國(guó)原子彈之父）更精確計(jì)算出，一顆質(zhì)量超過(guò)太陽(yáng)質(zhì)量3倍而又內(nèi)部沒(méi)有任何熱核反應(yīng)的“冷恒星”，一定會(huì)在自身引力的作用下坍縮成為黑洞。
這些理論一開(kāi)始并沒(méi)有引起人們的特別注意，只有研究宇宙大爆炸理論的學(xué)者對(duì)黑洞理論感興趣。
然而1967年英國(guó)劍橋大學(xué)的天文學(xué)研究生喬絲琳·貝爾小姐意外發(fā)現(xiàn)了脈沖星（她的導(dǎo)師因此拿到了1974年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)），隨后脈沖星被證認(rèn)為中子星。
這一重大發(fā)現(xiàn)立刻提升了人們對(duì)黑洞的興趣（中子星都發(fā)現(xiàn)了，黑洞也完全有可能存在，一般人都會(huì)這樣想），“黑洞”在這一時(shí)期得到了命名。寫(xiě)出《時(shí)間簡(jiǎn)史》的英國(guó)物理學(xué)家斯蒂芬·霍金也正是因?yàn)樵谶@一時(shí)期研究黑洞的理論成果而大放異彩的。
不過(guò)要觀測(cè)黑洞極其困難。當(dāng)初人們對(duì)中子星和黑洞的概念不感興趣也就是因?yàn)橛X(jué)得一個(gè)又小又暗的天體以人類掌握的觀測(cè)手段根本發(fā)現(xiàn)不了，但是中子星的意外發(fā)現(xiàn)證明可以通過(guò)它們對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生的物理效應(yīng)來(lái)間接證實(shí)它們的存在。
人們首先想到了雙星，如果雙星系統(tǒng)中一顆是黑洞，另一顆是普通恒星，那么黑洞的強(qiáng)大引力會(huì)導(dǎo)致它的伴星的物質(zhì)不斷流向黑洞所在區(qū)域，當(dāng)這些物質(zhì)被黑洞吞噬時(shí)，會(huì)激發(fā)出X射線，因此探測(cè)X射線源就有望發(fā)現(xiàn)黑洞。
1964年探空火箭發(fā)現(xiàn)了后來(lái)很著名的X射線源“天鵝座X-1”，通過(guò)仔細(xì)的測(cè)量研究，現(xiàn)在估計(jì)其對(duì)應(yīng)的天體質(zhì)量為太陽(yáng)質(zhì)量的8.7倍（排除中子星可能），而其體積又極?。ㄕf(shuō)明是致密星），所以天文學(xué)家普遍認(rèn)同天鵝座X-1就是一個(gè)黑洞。
有趣的是1975年斯蒂芬·霍金和基普·索恩拿天鵝座X-1打賭：如果它被證實(shí)是一個(gè)黑洞，霍金就給后者訂1年成人雜志，否則后者將送給霍金4年的《偵探》雜志，不過(guò)在1990年霍金愉快地認(rèn)輸了。
此外，如果兩個(gè)黑洞發(fā)生合并，會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的引力波，因此通過(guò)探測(cè)引力波也能發(fā)現(xiàn)黑洞的存在。
2016年2月11日，致力于探測(cè)引力波的兩個(gè)科學(xué)團(tuán)隊(duì)LIGO和VIRGO共同宣布，他們已經(jīng)于2015年9月14日探測(cè)到兩個(gè)距離地球13億光年的大質(zhì)量黑洞合并引發(fā)的引力波。
之后研究引力波的團(tuán)隊(duì)又多次探測(cè)到雙黑洞合并現(xiàn)象。這些引力波信號(hào)都強(qiáng)有力的支持黑洞的存在性。
LIGO探測(cè)到的引力波事件，其中大部分是黑洞合并時(shí)產(chǎn)生的 圖據(jù)LIGO網(wǎng)站
但是天文學(xué)家們并不滿足，畢竟靠觀測(cè)雙星系統(tǒng)或者雙黑洞合并來(lái)確認(rèn)黑洞還是太被動(dòng)了。
黑洞雖然不會(huì)發(fā)光，但它并不是處在真空之中，它的強(qiáng)大引力會(huì)把周圍的星際物質(zhì)（主要是氣體和塵埃）吸引過(guò)來(lái)，從而形成一個(gè)尺寸比視界大好幾倍的吸積盤，吸積盤里的物質(zhì)在下落過(guò)程中會(huì)由于相互摩擦而升溫從而放出各種輻射，這些輻射處在視界之外，是我們可以探測(cè)到的。
如果我們能夠直接獲得吸積盤的照片，那就能擺脫此前對(duì)黑洞觀測(cè)的種種不必要限制，我們對(duì)黑洞的了解也能因此進(jìn)入一個(gè)新的境界。
從這個(gè)角度來(lái)說(shuō)，此次公布的首張黑洞照片具有里程碑式的意義。
02
M87究竟是什么？
關(guān)于首張黑洞照片的新聞稿里有一個(gè)名詞頻繁出現(xiàn)：M87，但是很少有媒體對(duì)這個(gè)詞進(jìn)行說(shuō)明。
這個(gè)對(duì)天文愛(ài)好者來(lái)說(shuō)是常識(shí)的名詞，對(duì)普通讀者來(lái)說(shuō)就如同“天王蓋地虎”之類的黑話，下面我就簡(jiǎn)單解釋一下。這事要從彗星說(shuō)起。
晚上我們?cè)跊](méi)有光害的地方眺望星空，只能看到點(diǎn)點(diǎn)繁星，間或能看到流星和人造衛(wèi)星劃破夜空。
很長(zhǎng)一段時(shí)間以來(lái)，人們也都認(rèn)為天上只有恒星、行星和流星，但偶爾夜空里會(huì)有拖著長(zhǎng)尾巴的彗星出現(xiàn)在天際，那不尋常的外形讓人驚恐萬(wàn)分。
直到1705年英國(guó)天文學(xué)家愛(ài)德蒙·哈雷發(fā)表了《天文學(xué)對(duì)彗星的簡(jiǎn)介》，運(yùn)用剛問(wèn)世不久的牛頓引力理論研究了1682年出現(xiàn)的一顆大彗星，發(fā)現(xiàn)它與1531年、1607年出現(xiàn)的彗星的軌道根數(shù)相近，因此大膽預(yù)計(jì)這是同一顆彗星在不同年份的回歸，并預(yù)報(bào)它將在1758年回歸。
1758年這顆彗星果然回歸并于12月25日被德國(guó)的業(yè)余天文學(xué)家約翰·帕利奇觀測(cè)到，從而證實(shí)了哈雷的預(yù)測(cè)，這顆彗星后來(lái)就命名為哈雷彗星。
既然確認(rèn)了彗星和行星一樣是繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的天體，這種一度奇怪到?jīng)]有朋友的天體就除魅了，之后不斷發(fā)現(xiàn)和確認(rèn)新的周期彗星和非周期彗星，發(fā)現(xiàn)者都獲得了很高的榮譽(yù)，因此就產(chǎn)生了一個(gè)新的業(yè)余天文愛(ài)好者群體：彗星獵手。
他們整夜整夜的觀察夜空，搜尋任何一個(gè)可能是彗星的移動(dòng)目標(biāo)，期待自己能成為新彗星的發(fā)現(xiàn)者，從而把自己的名字和某個(gè)彗星聯(lián)系起來(lái)被后人銘記。
法國(guó)天文學(xué)家夏爾·梅西耶（Charles Messier，1730年6月26日－1817年4月12日）就是這樣一個(gè)著名的彗星獵手，他一生共發(fā)現(xiàn)了13顆彗星。
他在長(zhǎng)時(shí)間的尋彗過(guò)程中注意到，夜空中繁星之間并非完全漆黑，從望遠(yuǎn)鏡里看過(guò)去，到處都是一團(tuán)團(tuán)云霧狀的天體，很容易和彗星混在一起，因此他使用一架10厘米口徑的小望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)，系統(tǒng)地記錄下前人描述過(guò)及他能看到的那些明顯的云霧狀天體的位置，并整理成表格公布出來(lái)，以免彗星獵手們?cè)谶@些云霧狀天體上浪費(fèi)時(shí)間。
這個(gè)表被稱為“梅西耶星團(tuán)星云表”，加上后世補(bǔ)充的，一共有110個(gè)深空天體，從M1一直編號(hào)到M110，統(tǒng)稱為“梅西耶天體”。
梅西耶觀測(cè)這些深空天體的時(shí)候，對(duì)這些天體的距離和物理性質(zhì)一無(wú)所知，所以梅西耶天體里實(shí)際包含了五類性質(zhì)各不相同的深空天體，它們分別是：彌漫星云，行星狀星云，疏散星團(tuán)，球狀星團(tuán)和星系，其中除了星系之外，其他四類都屬于銀河系內(nèi)的天體。
全部110個(gè)梅西耶天體，皆由天文愛(ài)好者M(jìn)ichael Phillips攝得
新聞稿里提到的M87就是一個(gè)星系，它是梅西耶星團(tuán)星云表里第87號(hào)深空天體，位于室女座，視直徑8′.3 × 6′.6（和日常生活用米、千米等長(zhǎng)度單位表示物體大小不同，天文學(xué)上用角度單位表示天體“看上去”的大小。
從頭頂開(kāi)始在天空中沿垂直方向任意劃一道圓弧到地平線，這段圓弧是90°，把1°等分60份，每一份就是1’，把1'等分60份，每一份就是1″，這里的′、″都是天文學(xué)上用的角度單位，念做分、秒，也有人念做角分、角秒。
太陽(yáng)、月亮、行星、星云這樣的天體和恒星不同，它們?cè)谔炜罩姓紦?jù)了一小塊面積，有可以用測(cè)角儀器測(cè)出來(lái)的大小，所以天文學(xué)家就用角度單位來(lái)度量它們的尺寸。
月面的視直徑大約是30′，所以M87的長(zhǎng)邊看上去大概有1/4個(gè)月面那么大），是一個(gè)龐大的橢圓星系，但沒(méi)有旋臂。
1918年美國(guó)天文學(xué)家希伯·柯蒂斯用大口徑望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)從它的核心有一道奇怪的射流向外噴出，百思不得其解，現(xiàn)在我們知道那是因?yàn)樗暮诵挠幸粋€(gè)超大型黑洞，記作“M87*”。
M87星系距離地球5350萬(wàn)光年（那道射流的長(zhǎng)度大約是5000光年），屬于室女座星系團(tuán)。
室女座星系團(tuán)是一個(gè)包括了1300到2000個(gè)星系的大型星系團(tuán)，和我們銀河系所在的“本星系群”一起隸屬于一個(gè)叫“室女座超星系團(tuán)”的天體集團(tuán)，只不過(guò)室女座星系團(tuán)位于這個(gè)超星系團(tuán)的中心，而本星系群位于超星系團(tuán)的外圍。
M87星系的核心非?；钴S，早在射電天文學(xué)剛剛誕生之初的1947年，射電天文學(xué)家就發(fā)現(xiàn)室女座方向有一個(gè)強(qiáng)烈的無(wú)線電信號(hào)源，當(dāng)時(shí)命名為“室女座A”，隨后證明室女座A就是M87，強(qiáng)烈的無(wú)線電信號(hào)跟M87核心那道噴流有關(guān)。
除了光學(xué)波段和無(wú)線電波段，后來(lái)又在X射線波段和伽馬射線波段發(fā)現(xiàn)了M87核心區(qū)的強(qiáng)烈信號(hào)。
這一切足以讓天文學(xué)家對(duì)它產(chǎn)生濃厚的興趣，相信這次選擇它的核心作為拍攝對(duì)象將大大拓展我們對(duì)它的了解。
順便提一下，梅西耶星團(tuán)星云表只包含110個(gè)深空天體，這與梅西耶當(dāng)時(shí)所用的望遠(yuǎn)鏡口徑太小有關(guān)，隨著天文學(xué)家所用的望遠(yuǎn)鏡口徑越來(lái)越大，他們發(fā)現(xiàn)了更多更暗的深空天體，為此威廉·赫歇爾（發(fā)現(xiàn)了天王星的那位著名天文學(xué)家）和他的觀測(cè)助手卡羅琳·赫歇爾（威廉的妹妹，彗星獵手之一）發(fā)表了“星云和星團(tuán)表”。
威廉的兒子約翰·赫歇爾發(fā)表了擴(kuò)充的“星云和星團(tuán)總表”，最終由約翰·德雷爾編纂出版了“星團(tuán)星云新總表”（縮寫(xiě)NGC，包含7840個(gè)深空天體）和后人增補(bǔ)的“索引星表”（縮寫(xiě)IC，包含5387個(gè)深空天體）。
“星團(tuán)星云新總表”包含了梅西耶的星團(tuán)星云表，所以梅西耶天體往往有兩個(gè)編號(hào)，一個(gè)是梅西耶天體編號(hào)，一個(gè)是NGC編號(hào)。M87的NGC編號(hào)是4486。
現(xiàn)在當(dāng)天文學(xué)家和天文愛(ài)好者說(shuō)M1或者NGC224或者IC434的時(shí)候，你就知道他們?cè)谡務(wù)撌裁戳?。
“哈勃”空間望遠(yuǎn)鏡拍攝到的M87，射流清晰可辨
03
黑洞的密度很大嗎？
黑洞的密度大小與你如何定義黑洞的密度有關(guān)。黑洞的核心區(qū)域質(zhì)量奇高，體積奇小，因此那里的密度必定很大很大，但當(dāng)我們說(shuō)黑洞的密度時(shí)，我們指的往往是黑洞視界范圍內(nèi)的平均密度，這個(gè)就和黑洞的質(zhì)量密切相關(guān)了。
我們知道，黑洞的質(zhì)量越大，它的施瓦西半徑也成比例增大，但黑洞的視界體積和它的施瓦西半徑又是三次方的比例關(guān)系，根據(jù)初中物理對(duì)密度的定義公式我們知道，物體的密度與質(zhì)量成正比，與體積成反比，代入上述比例關(guān)系可知，黑洞的密度和它的質(zhì)量呈平方反比關(guān)系。
也就是說(shuō)，當(dāng)發(fā)生黑洞合并的時(shí)候，黑洞的質(zhì)量每增至原來(lái)的2倍，它的密度會(huì)迅速減少到原來(lái)的1/4。
通過(guò)上述方式可以計(jì)算出，質(zhì)量超過(guò)1.5億個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞的平均密度就低于水的密度了，這樣的黑洞天文學(xué)家叫它“超大質(zhì)量黑洞”。
04
首張黑洞照片是怎么拍出來(lái)的？
如上所述，我們目前還只能拍到黑洞吸積盤的照片，并通過(guò)研究黑洞的吸積盤來(lái)增加對(duì)黑洞本身的了解。那么這樣的照片是怎么拍出來(lái)的？
首先要說(shuō)明的是，這張照片和我們?nèi)粘Ｉ钪欣斫獾恼掌耆煌?，我們?nèi)粘Ｉ钪械恼掌怯苗R頭把遠(yuǎn)處物體的像成在感光材料（銀鹽膠片或者電荷耦合器件）上，再通過(guò)化學(xué)工藝或者電子技術(shù)把圖像翻印或者打印出來(lái)，但目前公布的這張黑洞照片嚴(yán)格意義上講只是把黑洞區(qū)域的探測(cè)數(shù)據(jù)用可視化的方法展示出來(lái)，因?yàn)槟壳拔覀冞€沒(méi)有辦法直接獲取黑洞吸積盤的光學(xué)圖像。
事件視界望遠(yuǎn)鏡和全球mm-VLBI陣列（GMVA）參與望遠(yuǎn)鏡的位置（圖據(jù)維基百科）
我們已經(jīng)知道執(zhí)行這次拍照任務(wù)的天文裝置（事件視界望遠(yuǎn)鏡，英文叫Event Horizon Telescope，縮寫(xiě)EHT）并不是一臺(tái)望遠(yuǎn)鏡，而是多臺(tái)毫米波射電望遠(yuǎn)鏡組成的一個(gè)甚長(zhǎng)基線干涉儀（Very Long Baseline Interferometer， 縮寫(xiě)VLBI，不理解這個(gè)縮寫(xiě)詞沒(méi)關(guān)系，下面我會(huì)解釋）。
和我們?nèi)粘Ｓ玫南鄼C(jī)接收可見(jiàn)光不同，它接收的是波長(zhǎng)為1毫米左右的無(wú)線電波（毫米波）。
為什么要用毫米波探測(cè)呢？因?yàn)檠芯空J(rèn)為在這個(gè)波段黑洞吸積盤的輻射會(huì)比較強(qiáng)，同時(shí)一個(gè)叫“同步輻射自吸收”的效應(yīng)的影響較小，此外地球大氣層中的水蒸氣對(duì)毫米波的吸收比較弱，更重要的是，要拍照的黑洞位于星系中央，從星系中央到我們地球之間充斥著恒星以及氣體、塵埃等星際物質(zhì)，這些物質(zhì)對(duì)黑洞吸積盤的輻射會(huì)產(chǎn)生遮擋和吸收，但恰好是在毫米波這個(gè)波段，來(lái)自這方面的影響比較微弱。
打個(gè)比方，黑洞吸積盤好比人體，中間的恒星和星際物質(zhì)好比人穿的衣服，用可見(jiàn)光我們無(wú)法隔著衣服看到人體，但通過(guò)紅外線就可以看的一清二楚，所以該怎么選不言而喻。
那為什么不能用一臺(tái)毫米波射電望遠(yuǎn)鏡來(lái)獲取黑洞吸積盤的圖像呢？這就要從光的波動(dòng)性談起了。
我們常見(jiàn)的凸透鏡成像示意圖里，兩條平行光線經(jīng)過(guò)凸透鏡之后，相交于光軸上的凸透鏡焦點(diǎn)處。
但在實(shí)際的光學(xué)系統(tǒng)里，一束平行光經(jīng)過(guò)凸透鏡后匯聚在一個(gè)有尺寸的光斑里，這里面當(dāng)然有各種像差的影響，但即便是最理想的光學(xué)系統(tǒng)，它也依然是一個(gè)光斑，原因很簡(jiǎn)單，光是一種有波長(zhǎng)的電磁波，會(huì)發(fā)生衍射，所以無(wú)論怎么改進(jìn)光學(xué)系統(tǒng)，它都不會(huì)匯聚成點(diǎn)，而只會(huì)形成光斑。
根據(jù)波動(dòng)光學(xué)理論的研究，光斑的尺寸和兩個(gè)因素有關(guān)，一個(gè)是透鏡的直徑，一個(gè)是所用光的波長(zhǎng)。具體講就是，透鏡直徑越大，光斑越小，所用的光波長(zhǎng)越短，光斑越小，反之亦然。夜空中兩個(gè)靠得很近的星點(diǎn)，經(jīng)過(guò)凸透鏡之后會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)像斑，當(dāng)它們靠得很近的時(shí)候，兩個(gè)像斑會(huì)大部分重合，這時(shí)候我們就沒(méi)有辦法區(qū)分它們了。
但如果這個(gè)時(shí)候我們改用更短的波長(zhǎng)的光成像，或者改用更大直徑的凸透鏡，那么兩個(gè)像斑相應(yīng)縮小，我們就依然能夠?qū)⑵鋮^(qū)分開(kāi)來(lái)。
像斑示意圖，最后一圖表明兩個(gè)物點(diǎn)靠的太近，像斑已經(jīng)無(wú)法區(qū)分（圖據(jù)維基百科）
同樣的原理也適用于射電望遠(yuǎn)鏡。不同的是射電望遠(yuǎn)鏡工作波長(zhǎng)一般都是可見(jiàn)光波長(zhǎng)的幾千倍乃至上萬(wàn)倍，根據(jù)上面介紹的原理，要達(dá)到普通光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的分辨率，它們的天線直徑要比光學(xué)望遠(yuǎn)鏡鏡頭的直徑大幾千倍到幾萬(wàn)倍。
但工程上的限制使我們無(wú)法把射電望遠(yuǎn)鏡的天線做得更大，機(jī)智的無(wú)線電工程師和射電天文學(xué)家想到了一個(gè)巧妙的辦法：射電干涉。這項(xiàng)技術(shù)受晶體學(xué)家研究晶體結(jié)構(gòu)的辦法啟發(fā)，最早出現(xiàn)在1946年。
工程師們用兩個(gè)射電望遠(yuǎn)鏡天線同時(shí)對(duì)準(zhǔn)同一個(gè)射電源，收到的信號(hào)用電纜連接后發(fā)生了干涉，對(duì)獲得的干涉信號(hào)進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算，就可以獲得射電源的信號(hào)強(qiáng)度分布情況，換句話說(shuō)，就是可以讓射電源成像，其圖像分辨率等效于用相當(dāng)于兩個(gè)天線距離那么大的單個(gè)天線所能得到的分辨率。
用多個(gè)射電望遠(yuǎn)鏡組成的望遠(yuǎn)鏡陣的觀測(cè)效果更好，這種望遠(yuǎn)鏡陣叫做綜合孔徑射電望遠(yuǎn)鏡（英國(guó)射電天文學(xué)家賴爾因?yàn)榘l(fā)明了這種望遠(yuǎn)鏡而獲得了1974年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)）。
目前世界上最大的綜合孔徑射電望遠(yuǎn)鏡是美國(guó)新墨西哥州的甚大天線陣（Very Large Array，縮寫(xiě)為VLA），它由27臺(tái)25米口徑的拋物面天線組成，最長(zhǎng)等效基線是36千米，最高分辨率可以達(dá)到0.05″。
VLA的天線陣，圖據(jù)維基百科
綜合孔徑射電望遠(yuǎn)鏡的缺點(diǎn)是天線之間必須用電纜連接，這就限制了它的規(guī)模，因?yàn)槟悴豢赡茉竭^(guò)高山跨過(guò)平原布上幾千千米的電纜，所以能拋開(kāi)電纜的VLBI技術(shù)就應(yīng)運(yùn)而生。
相距很遠(yuǎn)的兩個(gè)觀測(cè)站用天線觀測(cè)同一目標(biāo)得到的信號(hào)并不直接互聯(lián)干涉，而是分別記錄在各自的磁帶上，同時(shí)記錄下各自觀測(cè)站時(shí)鐘的高精度時(shí)標(biāo)信號(hào)，把兩盤磁帶送到數(shù)據(jù)處理中心后回放，再用回放信號(hào)進(jìn)行相關(guān)處理。
用這種辦法，只要兩個(gè)觀測(cè)站能同時(shí)觀測(cè)到同一個(gè)射電源，二者之間的距離可以不受任何限制。
VLBI技術(shù)的應(yīng)用非常廣泛，從觀測(cè)射電源的精細(xì)結(jié)構(gòu)到研究大地板塊運(yùn)動(dòng)，科學(xué)家運(yùn)用它做出了很多重要的發(fā)現(xiàn)。我們國(guó)家也用VLBI技術(shù)對(duì)嫦娥系列月球探測(cè)器進(jìn)行了精確定軌。
在此基礎(chǔ)上，2006年，包括中國(guó)科學(xué)家在內(nèi)的一些射電天文學(xué)家們提出了EHT計(jì)劃。
這是一個(gè)運(yùn)用VLBI技術(shù)搭建起來(lái)的天文觀測(cè)平臺(tái)，經(jīng)過(guò)多年的籌備，它能夠調(diào)度分布在全球的8臺(tái)毫米波或亞毫米波射電望遠(yuǎn)鏡，組成一個(gè)等效直徑約12000千米、與地球直徑相當(dāng)?shù)奶摂M天線，在這樣的口徑下，使用毫米波波段能達(dá)到的分辨率是空前的0.00002″。
根據(jù)媒體報(bào)道，2017年4月5日開(kāi)始的10天內(nèi)，全球參與EHT計(jì)劃的8臺(tái)望遠(yuǎn)鏡在統(tǒng)一調(diào)度下開(kāi)始觀測(cè)M87和半人馬座A這兩個(gè)目標(biāo)，對(duì)每個(gè)目標(biāo)的觀測(cè)都進(jìn)行了四次，每天產(chǎn)生了2PB觀測(cè)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)能裝滿1000個(gè)容量為2TB的硬盤，而且它們也真的就存儲(chǔ)在硬盤里。
8個(gè)月后總重約半噸的這些硬盤通過(guò)航空等各種運(yùn)輸手段匯集到分別位于美國(guó)麻省理工學(xué)院和德國(guó)馬克斯·普朗克射電天文研究所的兩個(gè)數(shù)據(jù)中心（本來(lái)用一個(gè)數(shù)據(jù)中心就可以，用兩個(gè)數(shù)據(jù)中心分別處理是為了相互校驗(yàn)計(jì)算結(jié)果），用超級(jí)計(jì)算機(jī)讀取硬盤里的數(shù)據(jù)并用事先設(shè)計(jì)好的算法進(jìn)行復(fù)雜艱難的運(yùn)算，通過(guò)一年夜以繼日的努力，從海量的原始觀測(cè)數(shù)據(jù)中過(guò)濾掉干擾信號(hào)，并反算出M87核心區(qū)域1.33毫米無(wú)線電波的輻射強(qiáng)度的分布，再用不同的顏色表示不同的強(qiáng)度（好比我們用不同的顏色表示不同的海拔高度最終繪出的地形圖），最終得到了4張M87*吸積盤的實(shí)景圖像（半人馬座A的數(shù)據(jù)還在處理之中），媒體把這個(gè)處理過(guò)程比喻成“沖洗照片”，還是比較形象的。
05
這種照片為什么以前拍不出來(lái)？
有朋友問(wèn)，為什么這種照片以前拍不出來(lái)？近地軌道上不是有一臺(tái)很厲害的哈勃空間望遠(yuǎn)鏡嗎？哈勃空間望遠(yuǎn)鏡自1990年發(fā)射之后，一直是天文新聞的主角，對(duì)普通讀者來(lái)說(shuō)是如雷貫耳。
它的口徑是2.4米，質(zhì)量是11噸，在距離地面559千米的高度上繞地球運(yùn)動(dòng)。由于主反射鏡在拋光時(shí)的一個(gè)愚蠢錯(cuò)誤，它在升空后最初3年內(nèi)一直是“近視眼”，1994年美國(guó)航宇局（NASA）對(duì)它進(jìn)行了在軌維修后，它達(dá)到了最初的設(shè)計(jì)目標(biāo)。這戲劇性的一幕無(wú)疑大大增加了哈勃望遠(yuǎn)鏡的知名度。
在軌運(yùn)行20多年來(lái)，哈勃空間望遠(yuǎn)鏡不但給天文學(xué)家提供了大量的科學(xué)數(shù)據(jù)，同時(shí)也拍攝了大量精美的天體照片，吸引了普通公眾的目光。因此讀者期望它能在黑洞研究上大顯身手的心情是可以理解的。
但是，讀者有所不知的是，哈勃空間望遠(yuǎn)鏡的工作波段主要是可見(jiàn)光和紅外波段，根據(jù)它的口徑可以計(jì)算出，它的極限分辨率是0.1″，這與拍攝黑洞吸積盤要求的最低0.00005″分辨率相差好幾個(gè)數(shù)量級(jí)。更不要說(shuō)可見(jiàn)光根本無(wú)法穿過(guò)星系核心區(qū)域濃厚的星際物質(zhì)，所以用哈勃望遠(yuǎn)鏡拍攝黑洞吸積盤根本不現(xiàn)實(shí)。
那么中國(guó)建造的500米口徑的FAST射電望遠(yuǎn)鏡能否一試身手？500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡（Five hundred meters Aperture Spherical Radio Telescope，簡(jiǎn)稱FAST）是目前世界上最大口徑的單天線射電望遠(yuǎn)鏡，也是目前世界上靈敏度最高的望遠(yuǎn)鏡，能夠探測(cè)137億光年以內(nèi)的無(wú)線電信號(hào)，是研究中子星、中性氫和分子譜線的利器。
但是FAST的工作波長(zhǎng)在10厘米 至 4.3米之間，根據(jù)我們上面介紹的相關(guān)知識(shí)，它的分辨率最高只能達(dá)到約3′，連人眼的分辨率都不如（人眼的分辨率約1′），所以單靠FAST是擔(dān)當(dāng)不了觀測(cè)射電源精細(xì)結(jié)構(gòu)的任務(wù)的。當(dāng)然，F(xiàn)AST具備參與VLBI的能力，今年1月底它就和位于上海的“天馬”65米射電望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行了聯(lián)合觀測(cè)，獲得了干涉條紋，為正式參與VLBI組網(wǎng)奠定了基礎(chǔ)。
不過(guò)因?yàn)楣ぷ鞑ㄩL(zhǎng)的緣故，F(xiàn)AST即便參與VLBI聯(lián)網(wǎng)觀測(cè)，也只能在其他觀測(cè)目標(biāo)的精細(xì)結(jié)構(gòu)上大展身手，研究不了輻射主要集中在毫米波波段上的黑洞吸積盤。
這里我兩次提到了分辨率。
分辨率是天文觀測(cè)儀器非常重要的一個(gè)指標(biāo)。
我們自己從日常生活中能得到這樣的經(jīng)驗(yàn)：在手機(jī)上或者電腦上可以通過(guò)放大照片來(lái)看清楚自己感興趣的細(xì)節(jié)，但照片不能無(wú)限制放大，放大到一定程度，我們看到的就只是一個(gè)個(gè)像素塊，這時(shí)候什么細(xì)節(jié)都看不清楚了。
用術(shù)語(yǔ)來(lái)說(shuō)，這叫分辨率不夠。分辨率跟很多因素有關(guān)，鏡頭是一個(gè)，感光設(shè)備也是一個(gè)。
鏡頭分辨率很高，但明明可以分開(kāi)的兩個(gè)像點(diǎn)，因?yàn)榈灼直媛什粔?，落到同一個(gè)感光顆粒/像素點(diǎn)上，你就沒(méi)法把它們區(qū)分開(kāi)；或者感光顆粒/像素點(diǎn)非常細(xì)膩，但鏡頭的分辨率不足以把兩個(gè)像點(diǎn)分開(kāi)，結(jié)果兩個(gè)像點(diǎn)糊在了一起，你怎么放大圖片也看不出那是兩個(gè)像點(diǎn)。生活中我們常遇到的是前者的情況，對(duì)天文學(xué)家來(lái)說(shuō)，常遇到的是后者的情況。
所以天文學(xué)家要拼命增加觀測(cè)設(shè)備的分辨率，只有分辨率到了，你放大照片的局部才有意義，你才能看到黑洞的吸積盤是什么樣子。
目前天文學(xué)家掌握的觀測(cè)技術(shù)中，只有基于毫米波波段的VLBI才能夠提供研究黑洞吸積盤所需的分辨率精度。
之所以現(xiàn)在才能拍到黑洞吸積盤照片，是因?yàn)榇饲吧形从凶銐虻暮撩撞ㄉ潆娡h(yuǎn)鏡參與VLBI聯(lián)網(wǎng)。
根據(jù)EHT的介紹，2006年它們開(kāi)始嘗試聯(lián)合觀測(cè)，當(dāng)時(shí)只有三臺(tái)毫米波射電望遠(yuǎn)鏡參與，在取得了必要的經(jīng)驗(yàn)之后，2015年兩臺(tái)最關(guān)鍵的毫米波望遠(yuǎn)鏡（位于智利的ALMA和位于南極的SPT）參與了聯(lián)網(wǎng)，大幅度提升了EHT的觀測(cè)靈敏度和分辨率，又經(jīng)過(guò)兩年精心準(zhǔn)備，直到2017年EHT才正式開(kāi)始對(duì)預(yù)定觀測(cè)目標(biāo)進(jìn)行觀測(cè)。之后的事情，現(xiàn)在大家都知道了。
06
照片中黑洞周圍的吸積盤為什么半邊亮半邊暗？
4月10日發(fā)布的黑洞吸積盤照片最引人矚目的就是吸積盤下部明亮的亮斑，和吸積盤上部暗紅的部分形成強(qiáng)烈的反差，自然有不少朋友對(duì)這個(gè)奇怪的現(xiàn)象感興趣。新聞發(fā)布會(huì)上天文學(xué)家簡(jiǎn)單地解釋說(shuō)，這是因?yàn)槎嗥绽招?yīng)（Doppler Effect）的緣故：發(fā)亮的部分朝向我們運(yùn)動(dòng)，而較暗的部分背向我們運(yùn)動(dòng)。
多普勒效應(yīng)是我們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｒ?jiàn)的一種物理效應(yīng)。
例如我們站在鐵軌旁邊，遠(yuǎn)處火車一邊鳴笛一邊高速開(kāi)過(guò)來(lái)，我們能明顯感覺(jué)到火車經(jīng)過(guò)我們前后汽笛的聲調(diào)發(fā)生了變化：火車開(kāi)過(guò)來(lái)時(shí)聲音尖銳，開(kāi)過(guò)去時(shí)迅速變得低沉。
這是因?yàn)槁曉闯蛭覀冞\(yùn)動(dòng)時(shí)聲速不會(huì)改變，而波長(zhǎng)變短，相應(yīng)的聲音的頻率就增高了，我們聽(tīng)到的聲音就會(huì)比聲源靜止時(shí)尖銳，反之則聲音頻率降低，我們聽(tīng)到的聲音就會(huì)比聲源靜止時(shí)沉悶。這種效應(yīng)是奧地利物理學(xué)家克里斯蒂安·A·多普勒于1842年發(fā)現(xiàn)的，對(duì)所有的波都適用。
如果我們知道波源所發(fā)出波的固有頻率，再測(cè)出接收到的波的新頻率，通過(guò)相應(yīng)的公式就可以輕松地計(jì)算出波源相對(duì)我們的速度。交通警察常用的測(cè)速雷達(dá)就是對(duì)多普勒效應(yīng)的應(yīng)用，我們常用的手持GPS設(shè)備中的測(cè)速功能也是對(duì)多普勒效應(yīng)的應(yīng)用，只不過(guò)這里使用的是無(wú)線電波而不是聲波。
波源朝左運(yùn)動(dòng)，左側(cè)接收者收到的波長(zhǎng)變短 圖據(jù)維基百科
眼光敏銳的朋友或許會(huì)注意到，上文我們提到多普勒效應(yīng)時(shí)說(shuō)它影響頻率，怎么在這張照片里竟然會(huì)影響到毫米波的輻射強(qiáng)度？對(duì)此有人猜測(cè)說(shuō)M87*吸積盤的輻射集中在稍長(zhǎng)于1.3毫米（EHT的工作波長(zhǎng)）的波段，這樣吸積盤朝向我們運(yùn)動(dòng)的那部分的輻射由于多普勒效應(yīng)波長(zhǎng)變短，恰好來(lái)到EHT工作波長(zhǎng)附近，從而被我們探測(cè)到，而背向我們運(yùn)動(dòng)的那部分輻射則波長(zhǎng)變得更長(zhǎng)，更遠(yuǎn)離EHT工作波長(zhǎng)，所以顯得暗淡。
這種可能性不能說(shuō)不存在，畢竟我們現(xiàn)在還沒(méi)探測(cè)黑洞吸積盤其他波長(zhǎng)的強(qiáng)度分布情況，但實(shí)際上，這種方式的增亮效果對(duì)于EHT這種窄頻觀測(cè)方式來(lái)說(shuō)并不是特別明顯，更明顯的增亮效應(yīng)是多普勒集束（Doppler beaming）效應(yīng)，又稱相對(duì)論性射束（Relativistic beaming）效應(yīng)：當(dāng)光源向觀察者高速運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，本來(lái)均勻四散的光線會(huì)有一種向運(yùn)動(dòng)軸線方向集中的傾向，從而提高了觀察者看到的光源亮度。
多普勒集束效應(yīng)圖示 動(dòng)圖作者：LePtC（萌貍）
“相對(duì)論性射束”這個(gè)術(shù)語(yǔ)出現(xiàn)在1970年，由英國(guó)天文學(xué)家弗朗西斯·格雷厄姆·史密斯爵士提出，用來(lái)解釋脈沖星輻射的某些特點(diǎn)，現(xiàn)在廣泛用于解釋X射線雙星、伽馬射線暴以及活動(dòng)星系核（AGN）等的某些輻射特征。根據(jù)相關(guān)英文資料介紹，它把光行差原理、多普勒頻移效應(yīng)和狹義相對(duì)論效應(yīng)這三個(gè)因素融合在一起來(lái)解釋高速運(yùn)動(dòng)光源增亮的原因。關(guān)于光行差我可以多說(shuō)兩句 ：）
假設(shè)天上正在下雨，沒(méi)有風(fēng)，這時(shí)雨滴垂直下落，而我們運(yùn)氣不錯(cuò)，可以打著雨傘站在雨里，如果我們靜止，傘的方向應(yīng)該是垂直向上，如果我們往前跑，我們會(huì)感覺(jué)到雨滴走斜線向我們撲來(lái)，為此我們需要傾斜雨傘來(lái)?yè)踝∮甑?，傾斜的角度和我們奔跑的速度有關(guān)。光行差的原理與此近似，遙遠(yuǎn)的恒星在天球上有一個(gè)真實(shí)位置，倘若地球也靜止不動(dòng)，恒星在天空中的視位置也將紋絲不動(dòng)，然而地球是運(yùn)動(dòng)的，所以接收星光的望遠(yuǎn)鏡就好比雨傘，也需要傾斜一個(gè)角度才能收到，由于地球公轉(zhuǎn)軌跡是橢圓，所以望遠(yuǎn)鏡傾斜的方向會(huì)在一年內(nèi)轉(zhuǎn)一個(gè)橢圓，在地球上看去，就是所有的恒星都會(huì)在天上劃一個(gè)小小的或扁或圓的橢圓軌跡。
這個(gè)現(xiàn)象是1725年由英國(guó)天文學(xué)家詹姆斯·布拉德雷發(fā)現(xiàn)的，他一開(kāi)始百思不得其解，幾年后悟出來(lái)這是地球公轉(zhuǎn)引起的，隨后用上述雨傘的例子做比喻介紹了出來(lái)（順便說(shuō)一句這是支持地球公轉(zhuǎn)的一個(gè)強(qiáng)有力證據(jù)，是地靜說(shuō)完全沒(méi)有預(yù)料到的）。
光行差原理示意圖，真實(shí)位置為S，但看上去位置在S’ （圖據(jù)維基百科）
光行差是地球運(yùn)動(dòng)造成的視錯(cuò)覺(jué)，那么若光源高速運(yùn)動(dòng)也會(huì)給觀察者造成視錯(cuò)覺(jué)，1966年天文學(xué)家馬丁·里斯就預(yù)言了視超光速現(xiàn)象，后來(lái)被觀測(cè)證實(shí)。
當(dāng)光源以接近光速運(yùn)動(dòng)時(shí)，在稍微偏離運(yùn)動(dòng)方向的觀察者看來(lái)，光源在兩個(gè)不同位置上發(fā)出光的時(shí)間差小于其真實(shí)的時(shí)間差，這會(huì)導(dǎo)致從觀察者看來(lái)光源在天球上移動(dòng)的速度高于其真實(shí)的速度，甚至?xí)^(guò)光速（已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的超光速源有的視速度是光速的10倍乃至20倍）。
可能是受馬丁·里斯的啟發(fā)，弗朗西斯·格雷厄姆·史密斯推導(dǎo)出相對(duì)論性射束的基本公式，通俗的理解就是高速運(yùn)動(dòng)的光源在稍微偏離其運(yùn)動(dòng)方向的觀察者看來(lái)，會(huì)多接收到一些從光源發(fā)出來(lái)的稍微偏離真實(shí)視線的光子，就好像光線朝其運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生了匯聚一樣。
用來(lái)解釋視超光速現(xiàn)象的圖 公式我沒(méi)放出來(lái) 作者：Rybicki
看到這里，如果你還沒(méi)有懵圈，想必已經(jīng)和我一樣理解了黑洞周圍的吸積盤一半亮一半暗的原因了。（對(duì)公式推導(dǎo)感興趣的同志可以看看這個(gè)鏈接：https://ned.ipac.caltech.edu/level5/Sept04/Kellermann2/Kellermann3_7.html）
07
對(duì)一些陰謀論觀點(diǎn)的批評(píng)
我上面介紹的天文學(xué)知識(shí)，大部分距離我們的日常生活經(jīng)驗(yàn)比較遙遠(yuǎn)，因此很多讀者表示此前完全不了解。
不了解很正常，只要抱著學(xué)習(xí)的心態(tài)，慢慢地總會(huì)理解的。但也有極少數(shù)人，從陰謀論的一貫立場(chǎng)出發(fā)，一口咬定“黑洞照片造假”，說(shuō)是什么“又一場(chǎng)世紀(jì)騙局”，這種謬論本來(lái)可以一笑而過(guò)，但他們闡發(fā)自己觀點(diǎn)的過(guò)程中所暴露出的一些知識(shí)盲區(qū)，倒是值得我們好好科普一下。
例如，有人質(zhì)問(wèn)為什么科學(xué)家不用雷達(dá)來(lái)研究黑洞，還說(shuō)“如果黑洞'照片’是用雷達(dá)原理拍出來(lái)的，我可以認(rèn)為它是真實(shí)可信的”。
這一句話暴露出他既不懂雷達(dá)也不懂射電望遠(yuǎn)鏡的工作原理。實(shí)際上射電望遠(yuǎn)鏡和雷達(dá)技術(shù)是父與子的關(guān)系，射電望遠(yuǎn)鏡技術(shù)是雷達(dá)技術(shù)的基礎(chǔ)。
從歷史上看，射電望遠(yuǎn)鏡要早于雷達(dá)出現(xiàn)，從原理上講，雷達(dá)和射電望遠(yuǎn)鏡相比只是多了個(gè)發(fā)射器單元，這就好比射電望遠(yuǎn)鏡自帶了一個(gè)用來(lái)照亮的手電筒，當(dāng)探測(cè)對(duì)象不發(fā)出無(wú)線電信號(hào)或者發(fā)出的無(wú)線電信號(hào)比較微弱的時(shí)候，可以通過(guò)主動(dòng)發(fā)射高強(qiáng)度無(wú)線電信號(hào)把它“照亮”。
但是像M87這樣的天體，距離地球5350萬(wàn)光年，信號(hào)一去一回就是1億多年，就算你的雷達(dá)信號(hào)很強(qiáng)，1億年后地球都不知道跑到哪里去了，怎么接收反射回來(lái)的信號(hào)？
遭到駁斥后，他們又開(kāi)始狡辯，說(shuō)之所以提雷達(dá)，是因?yàn)閺暮诙刺祗w到地球之間有無(wú)數(shù)的干擾，而雷達(dá)是發(fā)出信號(hào)的，“可以識(shí)別那是它自己發(fā)出的信號(hào)。
故而，把其他干擾排除才成為可能。” 且不說(shuō)雷達(dá)其實(shí)也沒(méi)有能力識(shí)別接收到的是不是自己發(fā)出的信號(hào)（雷達(dá)干擾機(jī)就是利用這一點(diǎn)發(fā)明出來(lái)的），他們根本就沒(méi)意識(shí)到，天文現(xiàn)象本來(lái)就不是以一種非常純粹的形式呈現(xiàn)給觀測(cè)者的，往往伴隨著各種各樣普通人難以想象的干擾，不要說(shuō)從M87到地球之間這5000萬(wàn)光年的空間里有很多天體穿過(guò)，不要說(shuō)光或者無(wú)線電波從M87到地球跑5000萬(wàn)年會(huì)經(jīng)歷各種事件，就算是它們穿過(guò)地球大氣層這短短幾百千米，也會(huì)有大量的干擾，隨便舉一下：大氣抖動(dòng)、塵埃、日月光、云朵、電離層擾動(dòng)、流星甚至天文臺(tái)的微波爐……照他們的論調(diào)，那我們從地面上拍到的一切天體照片，大部分天文學(xué)觀測(cè)成果，也都因?yàn)闆](méi)有按照他們嘴里的雷達(dá)原理搞出來(lái)，所以是假的了？
事實(shí)上，搞觀測(cè)的天文學(xué)家的重要工作內(nèi)容就是盡一切可能排除一切對(duì)正常觀測(cè)的干擾，要把這些排除干擾的手段詳細(xì)寫(xiě)出來(lái)，就是厚厚一本書(shū)，而且有些方法很無(wú)奈有些方法很巧妙，例如，為了克服日光干擾，天文學(xué)家會(huì)把觀測(cè)時(shí)間安排到太陽(yáng)下山兩小時(shí)之后為此工作時(shí)不惜晝伏夜出；再如為了克服大氣抖動(dòng)的影響，業(yè)余天文學(xué)家會(huì)把很多張?jiān)旅婊蛘咝行潜砻娴恼掌密浖B加起來(lái)。
有人問(wèn)，假如來(lái)自M87的光傳到地球上的時(shí)候被一個(gè)星云擋住了怎么辦？這個(gè)問(wèn)題很好回答，我們現(xiàn)在還沒(méi)觀測(cè)到M87核心被星云遮擋，所以這樣的事情還沒(méi)發(fā)生。
一旦發(fā)生，我們會(huì)觀測(cè)到M87核心區(qū)被星云遮擋，這就意味著M87不是一個(gè)合適的觀測(cè)對(duì)象，我們就得另尋其他星系進(jìn)行觀測(cè)。就好像正在觀測(cè)日食時(shí)，突然有一片烏云遮住了太陽(yáng)，這時(shí)候你就得放棄觀測(cè)，或者趕快轉(zhuǎn)移到日食帶上的其他地點(diǎn)一樣。
陰謀論者最后的救命稻草就是所謂“對(duì)準(zhǔn)論”。
有人說(shuō)“地球距離那個(gè)黑洞5500萬(wàn)光年，非常非常遠(yuǎn)，所以'望遠(yuǎn)鏡’要做的特別大，接收其信號(hào)要對(duì)得特別特別準(zhǔn)，偏一點(diǎn)點(diǎn)，就謬以千里了”那么天文學(xué)家“如何讓望遠(yuǎn)鏡精準(zhǔn)地對(duì)準(zhǔn)5500萬(wàn)光年以外的黑洞的？”
乍一看似乎很有道理，所以他的很多擁躉也以為抓住了天文學(xué)家的軟肋，大肆鼓噪。其實(shí)他們都不知道天文觀測(cè)儀器有個(gè)重要的概念：視場(chǎng)。視場(chǎng)通俗的講就是天文儀器一次觀測(cè)能看到的范圍，假設(shè)我們通過(guò)一臺(tái)望遠(yuǎn)鏡的目鏡剛好能看到完整的月面，那么這時(shí)候這臺(tái)望遠(yuǎn)鏡的視場(chǎng)就是30′。
我們轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡指向天空中不同的方向，只要天體在視場(chǎng)范圍內(nèi)，也就是說(shuō)即便望遠(yuǎn)鏡不是精確地指向它，偏差量只要不超過(guò)視場(chǎng)，理論上我們都能看到（當(dāng)然實(shí)際能不能看到，還要取決于望遠(yuǎn)鏡能不能把它增亮到我們能看到的程度，以及望遠(yuǎn)鏡的分辨率能否讓我們把它和它旁邊的天體區(qū)分開(kāi)）。
打個(gè)比方就是，陰謀論者以為我們拿的是激光槍，想要?dú)⑺勒l(shuí)只能筆直地瞄準(zhǔn)誰(shuí)，但實(shí)際上我們拿的是原子彈，只要要炸的目標(biāo)在殺傷范圍內(nèi)，瞄準(zhǔn)點(diǎn)偏幾百米也無(wú)所謂。
陰謀論者還說(shuō)天文學(xué)家并沒(méi)拍到黑洞照片，因?yàn)殄X花了沒(méi)法交代，所以P了一張圖交差。對(duì)這種論調(diào)的回應(yīng)和科普沒(méi)有關(guān)系，本來(lái)不必多說(shuō)，不過(guò)我們可以借此多介紹一下EHT的情況。EHT是天文學(xué)家之間聯(lián)合觀測(cè)的一個(gè)計(jì)劃，這個(gè)計(jì)劃啟動(dòng)于2006年，從那一年開(kāi)始，相關(guān)天文學(xué)家每年都用能參加計(jì)劃的毫米波望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行聯(lián)合觀測(cè)，觀測(cè)結(jié)果主要用于磨合設(shè)備和驗(yàn)證可行性，2012年天文學(xué)家們首次正式舉行EHT會(huì)議，確立該計(jì)劃的科學(xué)目標(biāo)、技術(shù)計(jì)劃和組織架構(gòu)等，之后逐漸從一個(gè)松散的、資金不足的團(tuán)隊(duì)，成長(zhǎng)為由來(lái)自12個(gè)國(guó)家的30多所大學(xué)、天文觀測(cè)站等研究單位與政府機(jī)構(gòu)參與的包括中國(guó)在內(nèi)的國(guó)際合作組織。
2017年預(yù)計(jì)的必要觀測(cè)設(shè)備就位，他們開(kāi)始了第一次正式觀測(cè)，其首批觀測(cè)結(jié)果就是4張M87*吸積盤實(shí)景圖象，其他天文學(xué)家已經(jīng)用這4張圖片和相關(guān)計(jì)算數(shù)據(jù)寫(xiě)出了好幾篇重要論文。
隨著參加聯(lián)合測(cè)試的設(shè)備逐年增加，他們還會(huì)不斷獲得新的觀測(cè)結(jié)果，擴(kuò)大我們對(duì)黑洞這種神秘天體的了解程度。EHT的高分辨率和它對(duì)黑洞和其他射電源的觀測(cè)，其重要程度和歷史意義怎么評(píng)價(jià)都不嫌過(guò)分，我們能生活在這樣一個(gè)激動(dòng)人心的新發(fā)現(xiàn)層出不窮的時(shí)代，何其有幸，至于那些喋喋不休的陰謀論者，則正如中國(guó)唐代詩(shī)人杜甫的一首古詩(shī)所說(shuō)的那樣：爾曹身與名俱滅，不廢江河萬(wàn)古流。
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