我们看见了黑洞

　　人类历史的相册，收入新照片。
　　被拍摄对象非常特别，它叫黑洞。
　　在过去两年时间里，全球200多位科学家组成研究团队，通过世界各地天文望远镜组成的“巨眼”视界面望远镜，收集并整合了黑洞图像的数据。
　　北京时间2019年4月10日晚上9时，公布“黑洞照片”的新闻发布会对全球直播。6大会场包括中国上海，一起来看给黑洞拍照的正确姿势。
　　作者王梦影
　　编辑秦珍子
　　我们或许要成为用眼睛见过黑洞的第一代人。
　　2017年4月，为了给黑洞照张相片，4个大洲8个射电望远镜阵列组成了虚拟望远镜网络“事件界面望远镜”。全球30多个研究所的科学家展开联合观测，针对观测数据的分析预计将在一年后完成，黑洞这个神秘存在会拥有一张“正面免冠照”。
　　一个世纪以来，黑洞的身影出现在书籍、影视剧甚至商品包装盒上，那些都不过是计算机模拟的结果，是基于科学理论的想象。
　　根据爱因斯坦1915年提出的广义相对论，引力可以抓住时空掰弯它们。那么，当物质和能量无限大时，扭曲将没有极限。一个宇宙的下水道口最终形成，连光都逃不掉被旋转着冲下去的命运光是我们所知宇宙中跑得最快的了。
　　2016年2月，人类“听”到了黑洞。13亿光年之外，两个黑洞合并产生的引力波被LIGO（激光干涉引力波天文台）探测到。项目领导者、麻省理工学院海斯塔克天文台的谢泼德S德勒曼表示，那不过是我们未现真容的朋友在湖心“将手探进水里”，伫立在近岸水中的我们“感受到了阵阵涟漪”。
　　这一次，我们或许终将眼见为实。
　　包裹着虚空的光
　　美国时间4月11日上午11时22分，在海斯塔克天文台，工程师和天文学家结束了持续5天的观测。有人打开一瓶50年的威士忌，有人开始播放皇后乐队的《波西米亚狂想曲》。
　　观测对象之一在银河的中心，1200万光年之外。40万个太阳的质量挤压在这里，引力牵动大小星体环绕运转。这片宇宙被煮沸了。喷射状的能量拖曳出长达100万光年的尾巴，像一场永恒持续的焰火表演。
　　长久以来科学家推测，名为半人马星系A的超大质量黑洞就在这里。相比对周边物质狼吞虎咽的同类，它可能正在“节食”。
　　它是隐身的。眼睛接收物体反射的光才能看见它们的样子。而黑洞不会放过任何一缕试图逃逸的光，无法被看到。
　　科学家采取了迂回战术。
　　某种模型下对黑洞的计算
　　据黑洞研究专家、国家天文台研究员苟利军教授介绍，黑洞的中心是一个奇点，无限质量都挤在这一点上。奇点的外围是一片虚空，虚空的边沿被称为事件界面。事件界面上，被引力吸引的气体旋转着，因摩擦而发出耀眼的光亮。
　　这次给黑洞拍照，对象并不是那一团虚空，而是包裹着虚空的光芒。通过确定事件界面的大小、形状，我们能进一步了解黑洞的样貌。就好像透过半透明的蝉蜕，了解高树上难寻踪影的蝉。
　　科学家猜测，事件界面会像天幕中一只金色的圆环。因为多普勒效应，朝向我们流动的那半个环蓝一点，远离我们的则红一点。
　　银河横亘在地球的眼睛与那片光之间。海斯塔克天文台的哈尼奥法科列表示，这条繁星组成的河流更像一面“结霜的玻璃”。只有少数光子才能穿过而不被吸收。
　　这次观测的射电望远镜采用了射电波段内波长最短的毫米波，以期窥见更清晰的细节。
　　尽管“眼见为实”指的通常是可见光，照片仍会真实反映出黑洞的模样。实际上，在天文学家眼里，真实的形式是丰富的。
　　苟利军展示了一幅长图：银河在不同波段内呈现出不同的样子。形状大小没有改变，在能量最高的伽马射线波段，它是青绿色背景上一条镶金的红带子；在红外线波段，它是紫色幕布上一条白金色裂缝。
　　月球上的橘子
　　这样的照片极有可能拍不清楚：拍摄对象站得太远，又太小了。
　　2005年，中国科学院上海天文台沈志强研究员领导的国际天文研究小组发现，半人马星系A所占区域的直径只有1。5亿公里，不过一个天文单位。
　　“站在地球上看事件界面，它和月球上的一只橘子差不多大。”苟利军说。这是天文学圈内的一个经典比喻，源于包括华盛顿大学在内的科学团队在2000年的精确计算。
　　目前人类从地球上拍摄月球表面最清晰的画面包含13000个像素，每个像素覆盖的实际区域能铺下1500万只橘子。
　　想看清月球上的橘子，德勒曼和他的团队需要一架地球一样大的望远镜。
　　“道理很简单：望远镜的口径越大，看得越清楚。”国家天文台研究院的刘超说。他是望远镜方面的专家。
　　1609年秋天，伽利略透过细铜管和凸透镜，第一次看见了月球粗糙的表面。2014年，球面射电望远镜FAST建造成功，口径500米，宛如贵州省黔南布依族苗族自治州青山中的一口白色大碗。随着口径变大，人类的视线也能到达更远，视觉更清晰。
　　位于中国贵州省黔南布依族苗族自治州平塘县的500米口径球面射电望远镜。
　　当最大口径的单个望远镜也无法达到所需要的清晰度时，“长基线干涉技术”（VLBI）有了发挥空间。为了获得更清楚的视线，科学家尝试将多处望远镜联合起来。望远镜彼此距离越远，看得越清晰。
　　南到南极、北至西班牙，从休眠已久的火山口顶到终年不化的冰层，人类之眼逐一睁开。8座射电望远镜组成了一张地球一样大的视线之网。
　　联合这8只眼睛的协调工作花费了10年，科学只是其中的一个层面。
　　苟利军打了个比方。事件界面的光子穿过宇宙映照在望远镜里，拼凑出图像。它们像沉默的旅客一批批到来。每批携带着某一时刻的图像信息。8座射电望远镜像8座车站等待着它们。
　　同一批旅客到达不同车站的时间点不会完全一致。如果按照到达时间整理他们携带的信息，就会搞错批次。不同时刻的光子混在一起，最终将得到失真的图像。
　　科学家必须把控好这8座车站的精确时间表。
　　为了保证最好的观测效果，被选择的望远镜都位于高纬度、高海拔、气候干燥的地点。“地球上这样的好位置是有限的。”
　　这些格外明亮的眼睛和当红明星一样，有着格外紧张的档期。希望借助它们完成的科学探索计划排着长长的队伍。
　　另一方面，整个观测期间，位于四大洲的这8个地点都需要好天气。2017年内这样的窗口只有10天。
　　协商必不可少。最终的计划是，两个晚上对半人马星系A进行观测，剩下的时间分给星系M87黑洞。
　　大部分望远镜并没有可以支持VLBI技术的设备。事件界面望远镜团队需要一家家拜访，调整硬件设备，安装新的数字信号处理器和数据存储器。在智利的阿塔卡马大型毫米波阵，德勒曼的伙伴甚至需要爬进望远镜的大碗里去重连电路。
　　“各种层面的政府购买都需要。”德勒曼感叹。
　　朋友圈的自拍和真理
　　这不是人类理论第一次先于视线突破脚下星球的桎梏。
　　1932年，中子被发现。苏联科学家郎道在相关的讨论会上预言，中子星的存在。相关的理论不断发展，35年后，剑桥大学的一名女学生捕捉到了1。337秒有规律的无线电脉冲，仿佛外星人的耳语。科学家最终认定这是中子星快速旋转的结果。
　　爱因斯坦提出广义相对论已经过去了103年。最早为“事件界面”起名的德国科学家于2016年春天去世。他录的最后一档电视科普节目的名称是《只是时间问题》，一语双关。两个月后，人类“听”到了黑洞的回声。一年后，8只巨眼缓缓睁开。
　　“这次的结果其实对日常生活不会有什么影响。”苟利军老老实实地说。据他介绍，全国目前研究黑洞的人已经挺多了，“有差不多30个人呢”。
　　中国算是这次项目的乙方之一。8只眼睛之一、位于夏威夷的詹姆斯克拉克麦克斯维尔望远镜在经营不善时获得亚洲核心天文台的资金。后者由包括中国科学院国家天文台在内的4家东亚核心天文机构组成。
　　尽管没有直接参与，苟利军早在一年之前就知晓了事件界面望远镜项目。他是位热情的科普作者，早早准备好了介绍项目的文章，掐着点发送了。文章阅读数量很快突破10万次。
　　接受美国媒体采访时，德勒曼摩拳擦掌，想要了解物质环绕事件界面的结构，看着气体如何掉入那一团虚无之中消失，“宛如电影”。
　　法科列的愿望更简单：“事件界面确定了黑洞的存在。我希望能看见它，实实在在地看见它。”这就意味着，人类百年来关于时空的最重要的理论是正确的。
　　他们还得等上一年。这张照片要到2018年才能被“冲洗”出来。
　　事件界面望远镜最终每一个晚上产生的数据量达到2PB，相当于200万部蓝光电影。如此大的数据量无法凭借网络发送，要被储存在1024个硬盘里，邮寄到海斯塔克天文台和德国波恩的马普射电所。
　　这其中，南极射电望远镜的数据直到今年9月才能被飞机取出。在那之前，漫长的南极冬天将阻挡任何交通。
　　数学家、物理学家、天文学家并肩合作。超级计算机将哼哧哼哧地对这些数据进行处理。
　　随着地球旋转，8只眼睛拍摄到的图像都会有不同程度的变形。计算机算法能在这些图像中选出“更接近真实”的图像，从而还原出被拍摄星体的准确全貌。
　　要做到这点需要学习。科学家“喂”给它越多的真实图片，这套算法对“真实”的判断就越准确。
　　在此次项目的参与者、海斯塔克天文台的凯特鲍曼看来，描摹宇宙就好比一盘拼图游戏。海量的图片将作为拼图的碎片，被算法挑选，嵌入合适的网格里，一点点补充完全。
　　问题是，黑洞和被拍摄的其他星体不同，没有人真正见过。科学家试图接近的真实是一团虚空。
　　他们当然可以选取依据理论模拟出的黑洞图片作为典范。这潜藏着一个巨大的危险：如果爱因斯坦错了怎么办？
　　“我们不能以自己想要证明的理论作为证明的基础。”鲍曼说。
　　鲍曼和她的同道者尽力做到公允。他们“喂”给机器的拼图碎片里，不仅有模拟的黑洞照片，也有其他星体的照片，还有来自于网络的海量日常图片。在观测前的模拟过程中，这三类碎片都获得了相近的拼图。她和伙伴总算放心了一点。
　　令鲍曼感慨的是，这些海量的日常图片里，不少是来自于社交网络上瞪着眼睛傻笑的自拍，还有很多家庭合影。
　　人类生活中最普通、最世俗的那些图景，将帮助揭示时空的真容。