银河系中心黑洞露真容，为何如此难拍！又为何要给黑洞拍照？

　　北京时间2022年5月12日21时07分，全国各地的天文学家和天文研究中心，几乎同时公布银河系中心黑洞人马座A*（Sgr A*）的照片，这是关于人马座A*（Sgr A*）的首张照片。
　　但让人们不解的是，人们对天文的研究已经长达千年，为何关于黑洞的照片却寥寥无几，是真的难以捕捉，还是科学技术无法达到拍摄的需求呢？让我们一起来看看。
　　在人类天文事业的发展中，关于黑洞的真相一直是科学家难以捕捉的秘密，而不久前拍摄的人马座黑洞的照片，也仅仅是关于黑洞的第二张照片而已，但拍摄这张照片所动用的力量却是惊人的，该照片由分布在地球上的8个射电望远镜组成的，一个等效于地球般大小的虚拟望远镜（即，EHT）所捕获。 既然第二张照片如此费时费力，那第一张黑洞照片又是如何拍摄的呢？
　　第一张黑洞照片
　　第一张黑洞照片是由事件视界望远镜拍摄的距离地球5500万光年的M87*黑洞的照片。 从2017年4月起，天文学家动用了遍布全球的8个毫米/亚毫米波射电望远镜，组成了一个所谓的＂ 事件视界望远镜＂。
　　这8台望远镜连续多天进行了观测，随后又经过了长达两年的数据分析，终于在 2019年4月10日 召开了全球新闻发布会，正式公布了 第一张黑洞照片 。
　　第一张黑洞照片一经发布就引发了广大天文爱好者甚至普通人的关注，因为这张照片的拍摄是具有划时代意义的。它不仅有助于科学家进一步验证爱因斯坦广义相对论等基础理论，还意味着更多的谜团有待解开，对于研究宇宙的真相提供了前所未有的帮助。
　　人们进一步增加了望远镜的数量，并不断更新望远镜的观测能力，终于在第一张黑洞照片公布后的第三年，第二张黑洞照片也成功问世。
　　我国华中科技大学物理学院天文系的吴庆文教授正是EHT中国团队成员， 在第一张黑洞照片和这次发布的工作中，吴庆文教授和他的团队主要从事相关理论分析工作，这是我国大学人才为人类天文学事业所出的一份力。
　　黑洞又被称为时空曲率大到光都无法逃脱的天体，是吞噬万物的＂巨兽＂，宇宙中的任何物质都逃不出黑洞的＂法眼＂，好在黑洞周围能够散发光芒，这些光芒在被黑洞吞噬之前，成为了留给人们观测最后的波纹。 人类也正是利用了这些光芒，才把未知的宇宙奥秘带回到大众的视野。
　　在这张图片中我们可以看到，一圈光亮围绕着中间一片黑色的区域，好像天空中的一个＂甜甜圈＂， 与第一张黑洞照片不同，这个黑洞据科学家观测可能离地球2.7万光年。
　　而第一张关于黑洞的m87黑洞照片大约距离地球5500万光年，但科学家却说，这张照片的拍摄难度是第一张黑洞照片拍摄难度的几倍甚至几十倍。
　　为什么黑洞照片难以拍摄
　　首先是因为黑洞的自身属性，黑洞无法直接观测， 黑洞之所以称为＂黑洞＂是因为它本身十分漆黑，且并不发光，当相机或望远镜拍摄观察一片黑暗时，可想而知会有多么困难。除此之外，拍摄黑洞照片是有＂玄学＂的，黑洞无时无刻不在吞噬着周围的物体，人们付出巨大努力也不见得能真正拍到照片。
　　其次是数据收集难，为了拍下这张照片，研究人员利用EHT在多个夜晚对准人马座 A*黑洞，进行连续数小时的数据收集。 只有数据还不行，科研人员需要通过浩如烟海的数据分析计算出黑洞的具体位置，来自全球80个研究机构的300多名研究人员进行了长达5年的工作，工作量之大难以想象。
　　不为人知的是，黑洞照片的拍摄并不是单独的一张照片，而是研究人员通过数据分析合成的多张照片的平均值。
　　还有一个很重要的原因是望远镜的观测水平有待进一步提高。 EHT是由8个遍布全球的射电望远镜组成的事件视界望远镜，它们共同构成了一个地球大小的虚拟望远镜，提供了强大的观测能力。这不仅耗时耗力，而且还需要大量相关工作的顶尖人员。
　　地球和银河系之间存在着大量的宇宙尘埃， 这部分气体和尘埃对来自银河系中心的电磁波辐射，会产生散射效应，可能会对银河系中心图像产生＂模糊和放大＂的效果，所以科学家需要到更短的毫米波里去成像。这无疑又加大了黑洞的拍摄难度。
　　两张图片的对比
　　令人们感到不解的是，科技不断进步，我们的宇宙也越来越了解，可是为什么第二张黑洞照片却没有第一张拍得清晰呢？ 而且这次黑洞的距离要远小于第一次，难道距离越远拍得越清楚？
　　望远镜之所以能够拍下黑洞是因为周围散发的光芒，光芒移动的速度接近光速，M87黑洞的直径要更大，光芒围绕黑洞所进行的时间要比人马座A*黑洞时间长，光芒绕过M87黑洞可能需要几天或者几周，而绕过人马座A*黑洞只需要几分钟，所以人马座A*黑洞周围的光芒会时刻变化，望远镜很难捕捉到光芒的显现。而拍摄M87黑洞可以进行长时间的拍摄，所以合成后的画面也更清晰一些。
　　为什么要给黑洞拍照
　　别看只是小小的一张照片，背后是几代天文人的努力，照片背后所付出的艰辛也是难以想象的。 这两张照片的问世，带给人类的意义到底是什么？为什么要不惜余力地给黑洞拍照片？
　　黑洞照片最主要的目的就是在强引力场下验证广义相对论,看看观测结果是否与理论预言一致。 广义相对论（General Relativity）是描述物质间引力相互作用的理论。其基础由爱因斯坦于1915年完成，1916年正式发表。这一理论首次把引力场等效成时空的弯曲。黑洞照片成功拍摄证明了爱因斯坦广义相对论的基础，为物理学的发展起到了重要意义。
　　黑洞照片让科学家们可以通过黑洞阴影的尺寸限制中心黑洞的质量了 ，测量黑洞中心区域和周围的光，计算出黑洞的具体质量。第一张M87黑洞的照片对测量黑洞质量提供了巨大帮助。
　　黑洞照片的另一大意义是有助于理解黑洞喷流的产生和方向。 通过对黑洞照片的观察，我们能够理解黑洞是如何＂吞噬＂东西的。一些向黑洞下落的物质会在被吞噬之前，由于磁场的作用，沿着黑洞的转动方向被喷出去。现在有了黑洞的照片，科学家可以知道在靠近喷流产生的源头处发生了什么。这无疑让科学家对黑洞的研究更进一步。
　　霍金对黑洞的研究
　　霍金对黑洞的研究主要是提出了黑洞辐射理论，霍金认为由于量子效应黑洞可能会往外散发热辐射，这样就会导致黑洞蒸发现象，由此黑洞的质量会逐渐减少。 根据量子力学和质量守恒定律，空间趋向于真空时会产生虚粒子对，这种粒子也会在碰撞之后消失，当虚粒子对运动到黑洞边缘，很可能被黑洞强大引力吸进黑洞内部，而不被观测到，当虚粒子对进入黑洞它是带有负质量的，所以黑洞的质量会逐渐变小。但这推测还有待后人的证实或是质疑 。
　　在本世纪最伟大的科幻电影《星际穿越》中，诺兰导演向影迷们展示了他所认为的黑洞， 电影中的主人公驾驶宇宙飞船发现了一个名为＂卡冈图雅＂的黑洞，与人们拍摄的真实黑洞照片不同，电影中的黑洞看起来更魔幻，更神秘，但两者的本质特征一致，都是光芒围绕着一个深不见底的黑色区域。
　　我们惊叹于科幻作品的惊艳之余，不要被虚拟世界所迷惑，始终保持理性的思考和奋斗才能真正破解黑洞的奥秘。 现如今天文望远镜不断发展，人们对宇宙也并不是一窍不通了，相信在未来我们也能像电影中那样穿梭于黑洞之间。
　　作者：dignzao 初审：许墨元 校稿编辑：小宛