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黑洞照片人类完成了不可能 中国贡献了这些力量

原标题:好消息:黑洞照片会一张接一张 坏消息……

星岛环球网消息:海外网4月11日电  昨晚,黑洞揭开神秘面纱!这张“被一圈强光围绕的黑色斑点”,你还满意吗?

图源:EHT

图源:EHT

很快这张照片就被全球网友玩坏,被形容成甜甜圈、风火轮、橙子,还有人求同款美瞳色号。更有网友预测黑洞照片将成为“锦鲤”:吸走所有烦恼。

这张略显“模糊”的照片背后,凝聚了包括中国大陆16学者在内的全球200多位科研人员的心血,在全球6地利用8台射电望远镜观测,并历时2年时间完成照片“冲洗”。

照片“模糊”?科学家这样解释

“事件视界望远镜(EHT)的创建是一个艰辛的项目。”参与国际合作的中方科学家、中国科学院上海天文台台长沈志强告诉海外网,“现在公布的是第一张黑洞照片,未来就会一张接着一张,就观测本身来讲,这是实实在在的‘从0到1的突破’。”

对于公众关心的“第二张照片”何时面世,沈志强笑着说:“这个不好讲,说不定很快。我们2017年观测了两个目标:M87星系中心黑洞和银河系中心的人马座A*黑洞,此次公布的是前一个。”

至于第二张照片能否更“清晰”,沈志强透露,相比第一张不会有实质性差别,因为两张照片是同一时间观测的。“给黑洞拍照的分辨率,相当于从地球看月亮上的一个橘子,或者说是坐在纽约咖啡馆里可以看到巴黎的一张报纸。”未来利用分辨率更高的望远镜,才会有更好的呈现效果。

中国科学院上海天文台研究员路如森解释称,与光学照片的清晰度类似,根源在于分辨率。要想提高望远镜的分辨率,需加宽望远镜的有效口径。尽管现在的亚毫米望远镜基线已达到了1万公里,但空间分辨率刚达到黑洞视界面的尺寸,所以在观测的有限区域内,就相当于只有有限的几个像素,最终呈现的照片看起来比较模糊。

对于照片为啥看起来像个甜甜圈,且一边亮一边暗,沈志强向海外网解释称,照片展示了一个中心暗边缘明亮的环状结构,这就是黑洞投下的“阴影”。由于黑洞的自转引起的多普勒效应造成了我们所看到的南边比北边亮。而且看到的颜色不是真的颜色,因为那是射电波,没有颜色。天文学家用颜色来描绘,是“伪色成像”。

从观测数据到冲洗照片!他们都经历了什么

从观测黑洞到“冲洗”照片,上海天文台的参与者们都记忆犹新,称在看到黑洞真容那一刻,是激动的。

“在4000米海拔的高山上,呼吸都困难,为了保证观测顺利进行经常通宵工作。”路如森回忆起在夏威夷观测时的情景。

从2017年开始,EHT决定协调组织整个阵列的联合观测,时间选定在每年的4月份前后,视天气条件遴选出5天实施观测。

中国科学院上海天文台3位专家江悟、路如森、高峰在一篇回忆文章中写到:我们和其他的同行在那里接受高原环境培训,简单来说就是多看少动,多喝水。然后会在海拔2800米处的半山腰基地停留。在这里,EHT同行分成两个小组,分别负责前半夜和后半夜的观测,一方面关注山顶的天气,一方面等待EHT最终观测的通知。

“对天文学家来说,这也是一次难得的与同行当面交流的机会,所以大家都喜欢围坐在一起交流和讨论。”路如森表示。

提起正式观测,他们更是历历在目。“我们一般提前检查设备状态,确认各个环节都正常,然后才着手准备正式执行观测任务。当地有经验的观测同行会帮控制天线,比如操作天线对准目标源,每隔一段时间进行指向确认和对焦等。”

保持对望远镜系统噪声温度的连续测量和记录很重要,这是后面黑洞成像重要的幅度校准输入。对这些工作,各国参与者们都做得一丝不苟,在相互关心和鼓励下,几天坚持下来也毫无倦意,碰到问题都能及时解决。

据沈志强介绍,全球EHT项目合作人员有一个专属的交流平台。在交流当中各国学者从问题出发,积极讨论。这是一个非常好的交流平台,而且大家的参与度和积极性很高,有时候一打开邮箱,消息多得都看不过来。

路如森介绍说,观测后的两年,照片开始进入“冲洗阶段”。搜集到的数据必须经历复杂的计算机处理过程。由于数据量实在太大,以至于不能靠网络传输,于是EHT采用了最传统的方法——“物理运输”:这些硬盘被空运至被称作相关器的高度专业化超级计算机进行合并处理。这些超级计算机位于马普射电所和麻省理工学院海斯塔克天文台。在那里,合作开发的新型计算工具将精心处理数据并转换为图像。

人类完成了不可能!中国贡献了这些力量

“我们取得的观察结果非常重要,质量也让人惊喜。”德国马克斯·普朗克射电天文研究所所长安东·岑苏斯告诉中国媒体,“我们希望借此验证广义相对论的有关预测,并了解星系的形成和演化。终极目标是从天文领域认识自然,了解宇宙的形成。”

“我们已经完成了上一代人认为不可能做到的事情!”EHT项目主任、美国哈佛-史密森天体物理学中心的谢泼德杜勒曼称在美国新闻发布上表示,“技术的突破、世界上最好的射电望远镜之间的合作、创新的算法都汇聚到一起,打开了一个了解黑洞的全新窗口。”

“这是人类获得关于黑洞的第一个直接视觉证据,证实了爱因斯坦广义相对论在极端条件下仍然成立,也将帮助回答星系中的壮观喷流如何产生并影响星系演化等诸多前沿问题。”沈志强说。

回顾与国际同行的合作,路如森表示:“作为长期深度参与‘事件视界望远镜’国际合作的研究人员,我觉得这张黑洞照片是科学共同体的努力结果。科学对人类发展至关重要,人类的科学共同体也是人类命运共同体的重要组成部分。”

首张黑洞照片是国际大科学合作计划的结晶,全球有200多位科研人员参与了这一项目,其中中国大陆学者16人,分别来自上海天文台8人,云南天文台1人,高能物理所1人,南京大学2人,北京大学2人,中国科学技术大学1人,华中科技大学1人。另外,还有部分来自中国台湾地区的学者。

岑苏斯对于中国同行的贡献给予肯定:“中国科学院上海天文台直接参与了位于美国夏威夷的JCMT望远镜对黑洞的观测,中国其他科研机构的多名研究人员也以不同形式参与了后期数据的分析和解读。”

中国科学院国家天文台副台长薛随建也指出,这次“算是重在参与”,但为在相关科研领域“机制性参与国际合作组织、逐渐发挥越来越重要的作用,做出了良好的示范”。

正如霍金所说:“为什么要研究黑洞,因为它就在那里。”一位国家天文台工作人员对海外网说,首张黑洞照片公布还有另外一层积极意义,那就是能激发公众对科学探索的热情,给一批年轻人埋下科学研究的种子。

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关键词: 黑洞 观测 eht 沈志强