黑洞的剪影是如何做出來的?

拍攝這張黑洞照片是一個國際組織，是世界望遠鏡，非常大的國際合作。這個國際合作也受到全世界研究機構(gòu)的資助。這里有13個EHT的公司，我們支持東亞天文臺的運營，同時還有其他的都有參與，這里面有超過了200多名科學(xué)家。

這次黑洞的照片是針對一個叫梅西M87拍攝的，M87是室女座方向的一個巨型星系，隨著我們觀測本領(lǐng)提高，我們可以看到越來越多的細節(jié)。這是M87的星云，這是射電的結(jié)構(gòu)，隨著我們觀測本領(lǐng)逐步提高，最后我們就能夠接近黑洞，對黑洞進行成像。

我們拍攝黑洞照片之后，我們要知道照片告訴我們什么？我們要提取這些信息進行比較，理論模型以及理論模型圖像重建之間的對比，這個涉及非常多的計算。黑洞的陰影圖像告訴我們什么？首先我們觀測的特征，這個黑洞的陰影的大小以及它這個亮度不對稱性，這個南北不對稱性的自圈。結(jié)合這個噴流結(jié)構(gòu)與我們視線的夾角，我們可以知道這個遠離地球，地球自旋方向是順時針旋轉(zhuǎn)，總而言之，我們發(fā)現(xiàn)與愛因斯坦的廣義相對論非常一致。

那么我們說陰影無處不在，只要黑洞存在就有陰影，黑洞陰影早在70年以前就考慮了光線彎曲，大約是黑洞事件視界的5倍，當然這個黑洞質(zhì)量越大，視界半徑越大，陰影直徑越大。距離越近，看上去這個張角越大。根據(jù)我們目前人類的知識，有兩個黑洞在天空平面上看上去最大，一個是銀河系中心黑洞，是400黑的質(zhì)量，到地球是2600光年，它的陰影大小是50個微角秒，M87黑洞，它的黑洞陰影大小是40微角秒。

那么我們剛才說了這個黑洞的陰影只有40到50個微角秒，我們怎么看到它？我們知道一個望遠鏡分辨細節(jié)的本領(lǐng)跟觀測的波長和望遠鏡途徑有關(guān)系，望遠鏡口徑越大，我們獲得的分辨的本領(lǐng)越高。要分清到40到50的微角秒，你可以想象一下。因為這個角度非常小，我們一個單口徑的望遠鏡沒辦法取得分辨本領(lǐng)，我們1978年實現(xiàn)了一個VLBI，如果我們把地球上適合對黑洞進行成像的望遠鏡聯(lián)合起來，我們可以形成一個有效的望遠鏡，大小是多少？地球的直徑是1萬多公里，我們做成一個1萬多公里的望遠鏡，這樣比單口徑比500多大多了，對吧。

我們德國科學(xué)家也介紹了VLBI的情況，大的望遠鏡它的數(shù)據(jù)的采樣越來越好，自然對這個黑洞成像得到的質(zhì)量越高。剛一開始只有少數(shù)的幾個望遠鏡的時候，我得到的圖像非常不可靠。只有當我們的望遠鏡比較多，我們才能得到比較好的望遠鏡圖像。

這個事件視界望遠鏡在2017年對兩個黑洞進行成像觀測，之前觀測不具有成像的能力。這個觀測使用位于世界六地的8臺望遠鏡。最重要是位于智利的，組成一個非常大口徑的望遠鏡，還有我們德國馬克的一個望遠鏡，再有在南極的一個望遠鏡。這些望遠鏡組成起來，就實現(xiàn)了一個等效將近1萬公里的望遠鏡，這是一些成員在各個臺上觀測拍的一個照片。這邊是亞歷山大的，右邊是南極的，墨西哥的，然后智利的，還有西班牙的。這是當時觀測的一個情況。

這里是一個我們在夏威夷JCMT望遠鏡觀測的設(shè)備，我們可以看到信號的流程。我們接收機通過終端進行數(shù)字化，我們進行采樣，然后在每一個臺上有非常高精度的輕鐘，每百萬年不差一秒，我們可以看到2017年觀測對應(yīng)每一個臺上收集的數(shù)據(jù)非常多，每秒32GBT。

EHT數(shù)據(jù)采集記錄系統(tǒng)在2006年到2007年實現(xiàn)了一個4GB的數(shù)據(jù)記錄，因此發(fā)展到第一代的VLBI數(shù)字終端系統(tǒng)。在2017年實現(xiàn)了32GB的這樣的數(shù)據(jù)記錄，在2018年實現(xiàn)64GB的數(shù)據(jù)采樣。實際上我們數(shù)據(jù)的記錄跟時間結(jié)合起來，每兩年翻一倍結(jié)果。這里面我們記錄的數(shù)據(jù)非常多，比如在2017年5天一共記錄了3.5PB的數(shù)據(jù)，我們考慮一部電影1個G，相當于3500萬部電影。這個記錄的數(shù)據(jù)從每個臺站運到了美國天文臺，以及德國天文臺，我們可以看到對硬件要求非常高的。2018年觀測，實際上有新的望遠鏡加入起來，這是格林蘭島的望遠鏡加入進來，這是歐洲的望遠鏡加入進來，這樣我們采集的數(shù)據(jù)越來越大，精度越來越高。（編輯/熊銘）