科學家眼中的“歷史性時刻”——

　　“愛因斯坦還是對的！”

　　作家茨威格曾在(zai)其(qi)著(zhu)作《人類群星閃耀》里(li)寫道：倘若出(chu)現(xian)一個(ge)具有歷史意義的時刻(ke)，這一刻(ke)必將影(ying)響數(shu)十年(nian)(nian)乃至(zhi)數(shu)百年(nian)(nian)。

　　北京(jing)時(shi)間2019年(nian)4月10日晚21時(shi)07分或許(xu)就(jiu)是這樣一個時(shi)刻(ke)，至少對中國科學院上(shang)海天(tian)文(wen)臺(tai)臺(tai)長(chang)沈志強來說是這樣。

　　這一刻，他(ta)所參與(yu)捕獲的(de)人類首(shou)張黑洞照(zhao)片(pian)面向全(quan)球同步發布。

　　100年之前，愛因斯坦廣義相對論得到了首次試驗(yan)驗(yan)證，如(ru)今這一理論則再(zai)一次獲得“強有力(li)的(de)支(zhi)持”。

　　“愛因斯坦真是個天才，他還(huan)是對的！”

　　在(zai)黑洞照片的(de)(de)(de)上海發布(bu)現場，沈志強不斷發出這(zhe)樣的(de)(de)(de)感慨(kai)。他告訴中國(guo)青年(nian)報·中青在(zai)線記(ji)(ji)者，“全(quan)球(qiu)200多位科研人員花了幾年(nian)時(shi)間，最終得(de)到這(zhe)樣一個顛(dian)覆性(xing)的(de)(de)(de)觀測和(he)讓人信服(fu)的(de)(de)(de)圖像——這(zhe)是值得(de)銘(ming)記(ji)(ji)的(de)(de)(de)時(shi)刻！”

　　既然沒法看見，如何知道黑洞存在？

　　所(suo)謂黑(hei)洞(dong)，是愛因斯坦廣義相對論(lun)預言存在的(de)一種天體。按照中科(ke)院(yuan)上海天文臺(tai)研(yan)究員路如森的(de)說法，黑(hei)洞(dong)具有超強引力，即便是光，也無(wu)法逃脫它(ta)的(de)勢力范(fan)圍(wei)。該勢力范(fan)圍(wei)被(bei)稱(cheng)作黑(hei)洞(dong)的(de)半徑或被(bei)稱(cheng)作“事件視界(jie)”。

　　“等一下，真的(de)有黑(hei)洞嗎？你是如何確認黑(hei)洞存在的(de)？”

　　這(zhe)樣的(de)問(wen)題，路如森曾(ceng)不止一(yi)次被(bei)問(wen)及：“黑(hei)洞的(de)名字(zi)，乍(zha)一(yi)聽，黑(hei)的(de)洞，那(nei)(nei)是不是就表(biao)明(ming)‘沒法(fa)看見’；如果沒法(fa)看見，那(nei)(nei)怎么就知道它存在(zai)呢(ni)？”

　　事實上，在這(zhe)次“拍照(zhao)”前，天文學家(jia)們已經(jing)通(tong)過多種(zhong)間接(jie)的證據來證明黑洞的存在。路如(ru)森向記(ji)者列舉了其中主要的三類代表性證據。

　　第(di)一，恒(heng)(heng)星(xing)、氣體的(de)運(yun)動(dong)透露(lu)了(le)黑洞的(de)蹤跡(ji)。黑洞有強引力，對周圍(wei)的(de)恒(heng)(heng)星(xing)、氣體會產生(sheng)影(ying)響，于是科學家可以(yi)通過觀(guan)測這(zhe)種影(ying)響來確(que)認黑洞的(de)存在(zai)。

　　第二，黑洞在“吃東西”即吸積(ji)物質(zhi)時，會發出一定的光，科學家據此來判斷黑洞的存在。

　　第三，通(tong)過一定設備“看到”黑(hei)洞成長的過程(cheng)，來(lai)推導(dao)黑(hei)洞的存在。

　　“還(huan)有很多(duo)類似的(de)(de)證據，無不說明(ming)了黑(hei)洞真實存在。但這還(huan)是間接的(de)(de)，而我(wo)們一直想(xiang)要做到的(de)(de)，就是直接‘看’到黑(hei)洞！”路如森說。

　　按照(zhao)100多年前(qian)愛因(yin)斯坦(tan)提出的(de)廣義相對(dui)論，人類(lei)似乎永遠不能看到“黑(hei)洞本(ben)身(shen)”，相應的(de)，黑(hei)洞的(de)“事(shi)件視(shi)界”，就是科學家(jia)能看到的(de)“最接近黑(hei)洞本(ben)身(shen)的(de)圖像”。

　　之所以(yi)要(yao)“看到”黑洞、給黑洞“拍照”，一個主(zhu)要(yao)目的就(jiu)是(shi)(shi)“看看愛因斯坦究竟是(shi)(shi)不是(shi)(shi)對的”。

　　沈(shen)志強說，對黑(hei)洞(dong)陰影(ying)的(de)成像將能提(ti)供黑(hei)洞(dong)存(cun)在的(de)直接“視覺”證據。黑(hei)洞(dong)是具有(you)強引力的(de)，因此給黑(hei)洞(dong)“拍照”，最重(zhong)要的(de)目的(de)是在強引力場的(de)極端環(huan)境(jing)下，驗(yan)證愛因斯(si)坦的(de)廣義相對論，并同時(shi)細(xi)致研究黑(hei)洞(dong)周圍的(de)物質吸積和噴流的(de)形(xing)成及傳播。

　　至于黑(hei)洞和人類現實(shi)生活有(you)何關系？科學家并不(bu)能給(gei)出現成的答案。

　　不(bu)過沈志強表示，天文(wen)學(xue)家一(yi)些(xie)和此相(xiang)關的(de)“提問(wen)(wen)”，或(huo)許能在一(yi)定程度上(shang)回答(da)這個問(wen)(wen)題：人類(lei)居住(zhu)的(de)銀河系中心就有(you)一(yi)個超大(da)質(zhi)(zhi)量(liang)(liang)(liang)黑洞(dong)(dong)，它(ta)的(de)質(zhi)(zhi)量(liang)(liang)(liang)大(da)約是太陽質(zhi)(zhi)量(liang)(liang)(liang)的(de)400多(duo)萬倍。那么，這顆超大(da)質(zhi)(zhi)量(liang)(liang)(liang)黑洞(dong)(dong)會(hui)不(bu)會(hui)影響人類(lei)的(de)生活(huo)？銀河系中除(chu)了這個超大(da)質(zhi)(zhi)量(liang)(liang)(liang)黑洞(dong)(dong)外，還(huan)有(you)很多(duo)恒星級黑洞(dong)(dong)，它(ta)們(men)和人類(lei)、地球(qiu)又有(you)什么關系？“如(ru)果(guo)我們(men)關心人類(lei)和地球(qiu)，就應(ying)該關心黑洞(dong)(dong)。”

　　要能在巴黎的咖啡館“看到”紐約的報紙

　　不(bu)過，要(yao)(yao)想(xiang)真(zhen)正“看(kan)到”黑洞并(bing)不(bu)容易。按(an)照沈志強的說(shuo)法，要(yao)(yao)對黑洞成(cheng)像(xiang)，必(bi)須要(yao)(yao)保證(zheng)望(wang)遠鏡足夠(gou)靈(ling)敏，能(neng)分辨的細節足夠(gou)小(xiao)，從而能(neng)保證(zheng)“看(kan)得(de)到”和(he)“看(kan)得(de)清”。

　　科(ke)學(xue)界公認最好的(de)工具莫過于1967年出現(xian)的(de)甚長(chang)基線干涉測量技(ji)術(shu)（英(ying)文簡稱VLBI）——該技(ji)術(shu)也曾多(duo)次應用于我國嫦娥(e)探月工程的(de)探測器，“假定在1毫(hao)米波長(chang)觀測，一個長(chang)度為1萬千(qian)米的(de)基線，就能獲(huo)得(de)約(yue)21微(wei)角秒的(de)分辨本(ben)領”。

　　“這是(shi)什么(me)概念？形象地(di)說(shuo)，達到的(de)分辨(bian)率約(yue)20微角秒，就足以(yi)在巴黎的(de)一家路邊咖啡館，閱(yue)讀紐約(yue)的(de)報紙！”沈志強說(shuo)。

　　不過，這并不意(yi)味著只要VLBI陣列的(de)分辨率(lv)足夠高(gao)，就一(yi)定能成功給黑(hei)洞(dong)拍照。“如同觀看電視(shi)(shi)節(jie)目必須選(xuan)對頻道一(yi)樣，對黑(hei)洞(dong)成像而言，能夠在(zai)合適的(de)波(bo)段(duan)進行VLBI觀測至關重要。觀測黑(hei)洞(dong)視(shi)(shi)界的(de)最佳波(bo)段(duan)在(zai)1毫米附近。”沈志強說。

　　事件視界望遠(yuan)鏡（EHT）觀測(ce)所利(li)用的技術就是毫米(mi)波(bo)VLBI，目前其工作(zuo)波(bo)段在1.3毫米(mi)。

　　這是由8個(ge)地面射(she)電望(wang)遠鏡組成的(de)(de)國際合(he)作觀測(ce)陣列——一(yi)個(ge)觀測(ce)口徑近(jin)乎(hu)于地球大(da)小的(de)(de)“虛擬(ni)望(wang)遠鏡”，“所達到的(de)(de)靈敏(min)度和分辨本領(ling)都是前所未有(you)的(de)(de)”。

　　路(lu)如森告訴記者，雖然分布在地(di)球(qiu)各地(di)的(de)8個地(di)面射電(dian)望(wang)遠(yuan)(yuan)鏡(jing)，并沒有實(shi)際連接，但(dan)借(jie)助氫原(yuan)子鐘精確(que)計(ji)時，各臺望(wang)遠(yuan)(yuan)鏡(jing)可以實(shi)現數據記錄的(de)同步。

　　在2017年的全球觀測中，EHT的觀測波長就實(shi)現(xian)了1.3毫(hao)米。

　　按照路如(ru)森(sen)的(de)說法，EHT的(de)每一臺望(wang)遠鏡都記錄(lu)了大量(liang)的(de)數據(ju)(ju)——每天約350太(tai)字節。這些(xie)數據(ju)(ju)被(bei)(bei)(bei)存儲在高性能(neng)的(de)充氦硬盤上(shang)。一旦(dan)生成，數據(ju)(ju)就(jiu)會被(bei)(bei)(bei)空運到德國馬普射電所和美國麻省理工學院海斯塔克天文臺，在那里，被(bei)(bei)(bei)稱作相關處(chu)理機的(de)高度專(zhuan)業(ye)化(hua)超級計算機，將對各個臺站數據(ju)(ju)進行處(chu)理。

　　最后，借助合作(zuo)開發的新型計算(suan)工(gong)具，這(zhe)些數據被精(jing)心處理并用(yong)來生成圖像。

　　如(ru)今(jin)，作(zuo)(zuo)為多年國際(ji)合(he)作(zuo)(zuo)的結果，EHT終于為科學家提供了研究(jiu)宇宙中(zhong)“最極端(duan)天體”——黑洞的新(xin)手(shou)段。

　　路如森(sen)透露，未來(lai)，隨著格陵蘭望遠鏡(jing)(jing)和(he)基特峰望遠鏡(jing)(jing)等加入，EHT的(de)靈敏度將顯(xian)著提高，并(bing)有望擴展到更短的(de)0.8毫米(mi)。

　　中國天文學家作了“非常重要的貢獻”

　　根據(ju)EHT發布的(de)(de)情(qing)況，全(quan)球參與此次EHT國(guo)(guo)際合作項目的(de)(de)科研人(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)員(yuan)達200名之多，其中(zhong)(zhong)，來自中(zhong)(zhong)國(guo)(guo)大(da)陸的(de)(de)學(xue)者(zhe)有(you)16人(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)，分別來自上海天(tian)文臺8人(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)、云(yun)南天(tian)文臺1人(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)、高能(neng)物理所1人(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)、南京大(da)學(xue)2人(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)、北(bei)京大(da)學(xue)2人(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)、中(zhong)(zhong)國(guo)(guo)科學(xue)技(ji)(ji)術大(da)學(xue)1人(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)、華中(zhong)(zhong)科技(ji)(ji)大(da)學(xue)1人(ren)(ren)(ren)(ren)(ren)。另外，還有(you)部(bu)分來自中(zhong)(zhong)國(guo)(guo)臺灣地區的(de)(de)學(xue)者(zhe)。

　　早(zao)在20年前(qian)，EHT科學委員會主(zhu)席、荷蘭(lan)奈梅亨大學教(jiao)授海諾·法爾克(ke)就曾和(he)我國科學家合作研究黑洞。

　　如今再次合作，海諾·法(fa)爾克評(ping)價(jia)中國科學(xue)(xue)(xue)家表現時(shi)說：“他們現在是(shi)中國受人(ren)尊(zun)敬的科學(xue)(xue)(xue)家。在天(tian)文學(xue)(xue)(xue)、射電天(tian)文學(xue)(xue)(xue)、太空天(tian)體物理等領域，中國在這個全球項目中作出了非常重(zhong)要的貢獻！”

　　路(lu)如森(sen)告訴記(ji)者，在(zai)EHT國際合作(zuo)(zuo)形成之前，我(wo)國就(jiu)已經(jing)關(guan)注高(gao)分辨率黑洞觀測和黑洞物理的(de)理論與數值模(mo)擬研究，并(bing)開展了多(duo)方(fang)面(mian)“具(ju)有(you)國際顯(xian)示度”的(de)相(xiang)關(guan)工作(zuo)(zuo)。

　　具體到(dao)這一次(ci)合作(zuo)，我(wo)國科(ke)學家在早期EHT國際合作(zuo)的(de)推動(dong)、EHT望(wang)(wang)遠鏡觀測時間(jian)的(de)申請、夏威夷JCMT望(wang)(wang)遠鏡的(de)觀測、后期的(de)數(shu)據處理和結果(guo)理論(lun)分析等方面都作(zuo)出了貢獻(xian)。

　　路如森還記得，他曾到夏威夷參與(yu)觀測，在4000多米的(de)高山(shan)上“爬上爬下”，褪(tun)去(qu)科學(xue)家的(de)光環(huan)，直接(jie)掄胳膊上陣充當“苦力”，調試磁(ci)盤(pan)陣列(lie)。

　　EHT董(dong)事(shi)會主席、德國馬克斯·普(pu)朗克射電天文研究所(suo)(suo)(suo)所(suo)(suo)(suo)長安(an)東(dong)·岑蘇斯透露，他(ta)們和中(zhong)國科學(xue)家建立了廣泛(fan)的(de)合(he)作伙伴(ban)關系。他(ta)所(suo)(suo)(suo)在(zai)的(de)研究所(suo)(suo)(suo)就有(you)許多合(he)作過的(de)學(xue)生和博士后研究員，其中(zhong)一位(wei)，就是路如森。

　　安(an)東·岑(cen)蘇斯說，路如森(sen)到上海天文臺之前，就曾是馬克(ke)斯·普朗克(ke)研(yan)究小組的領導(dao)者(zhe)。令他(ta)印象深刻的是，路如森(sen)的興趣在(zai)于(yu)使用VLBI方法進行(xing)(xing)觀(guan)測，在(zai)后(hou)來的實際工作中(zhong)也進行(xing)(xing)了數(shu)據的成像(xiang)重建(jian)。

　　“還有其他(ta)科學家幫助我們使用JCMT射(she)電望遠鏡進(jin)行觀測，有的(de)參(can)(can)與了(le)已獲得的(de)數據的(de)理論(lun)建模(mo)工(gong)作(zuo)。所以，中國在(zai)這個項目中的(de)參(can)(can)與是多方面的(de)！”安東(dong)·岑蘇斯說。

　　首張(zhang)黑洞照(zhao)片發布(bu)后(hou)，沈(shen)志強告訴(su)記者，對M87中心黑洞的順利成(cheng)像，絕不是EHT國際合作的“終點站”，“也許，就在(zai)未來(lai)的不久(jiu)，我們就將迎(ying)來(lai)更多令人興奮的結(jie)果”。（記者 邱晨輝）