曾被《星際穿越》裡
壯觀的黑洞震撼的我們
終於等到了黑洞真實的照片
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尖叫君語：從昨天到現在，幾乎所有人都在討論“人類首張黑洞照片”。
因為在昨天（北京時間4月10日），國際標準時間星期三下午1點（北京時間星期三晚上9點），中國、美國、比利時、丹麥、智利、日本和中國臺灣地區科學家將同時舉行新聞發佈會，終於展示期待已久的事件視界望遠鏡的觀察結果。
▼ 這，就是人類首張黑洞的照片：
這張照片的主角，正是室女座星系團中超大質量星系M87中心的黑洞，它距離地球5500萬光年，質量為太陽的65億倍！
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黑洞到底是什麼？
看到這些驚人的數字，莫名震撼吧？！但關於黑洞的一系列最基本的問題，別說娃兒，作為老爸老媽也是一知半解。
黑洞到底是什麼？ 這張全球首張黑洞照片，意味著什麼？ 人類的宇宙探索，是否會因此向前邁進一大步？
這些疑惑，中國科學院國家天文臺研究員苟利軍在一個簡短的視頻中給出了答案。
其中，最致命也是孩子們最關心的問題便是：
“黑洞到底是什麼？”
“簡單來說，黑洞就是一個黑色，連光都逃脫不出來的球體。”
新華社給出了更為詳細的定義：
黑洞是一種質量極大的天體，具有非常強的引力，在它周圍的一定區域內，連光也無法逃逸出去，這個邊界稱為“事件視界”。
那麼，“黑洞到底有多大？”
“黑洞的大小完全取決於它的質量。”
“一般情況下，我們用一個史瓦西半徑來描述。”
（史瓦西半徑是一個球狀對稱、不自轉的物體的重力場的精確解。）
一個太陽的史瓦西半徑是3公里，那麼直徑則為6公里。
100萬個太陽質量，就是100萬再乘以6公里，所以是600萬公里。
而更為直接的問題，則是“拍到黑洞照片意味著什麼？”
“這張照片，第一次直接的幫助我們確認了黑洞的存在。”
在此之前，雖然人類通過各種方法間接的確認了黑洞的存在，但都不是最直接的方式。
這張照片，則第一次實打實證明了：黑洞確確實實是存在的。
“這個發現將對人類帶來什麼樣的影響？”
“如果我們能通過照片看到黑洞周圍的狀況，有助於幫我們解決最基礎的一些問題。”
苟利軍的幾句回答，簡單地給我們和孩子普及了常識。
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人類第一次給黑洞拍了照片，
這件事為什麼這麼難？
也就是說幾個世紀前，人們就察覺到了黑洞的存在。
但直到今天，人類才首次拍攝到了黑洞的照片。那麼，給黑洞拍照這件事，為啥這麼難？
坦白地說，這有點瘋狂。
一開始的時候，這個名為“事件視界望遠鏡”（Event Horizon Telescope，簡稱 EHT）的項目，怎麼看都不太靠譜，當時很多人都認為這些天文學家不太可能成功。
事實上，這堪稱是一場史無前例的黑洞“攝獵”，共有近百名科學家、工程師和技術人員參與其中，調動了散佈於全球9個天文臺的力量。
當時關注的目標名為人馬座A*。這個黑洞位於人馬座方位（它由此得名），距地球約2.6萬光年，相當於24.6億億千米。（是的，就是這麼遠。）因為人馬座A*處於銀河系的中心，而地球位於銀河系的“郊區”（確切地說位於獵戶旋臂上），所以肯定隔著一大段距離。
圖為人馬座A*，也就是位於銀河系中心的黑洞，這實際上是“事件視界望遠鏡”項目團隊用計算機模擬生成的圖像。科學家希望到近期能夠獲取真正的黑洞照片
拍攝難題一：那麼那麼遠，怎麼拍得到啊？
雖然說，拍攝的目標黑洞體積很大很大——直徑約為太陽的20倍！！但是，隔了那麼遠，它就會顯得非常非常小。
拍攝的難度打個比方，就跟人站在地球上，卻要在月球表面尋找一枚硬幣一樣。
拍攝難題二：“黑＋黑”，怎麼拍得出來？
很簡單，黑洞是黑的，但整個太空背景也是黑的呀！
怎麼才能黑色的背景中找出黑色的圓點？給孩子1分鐘思考下，哈哈，實在是很有挑戰性。
尖叫君莫名想到“黑夜給了我黑色的眼睛，我卻要用它來尋找光明”這句詩......
拍攝難題三：擋住黑洞的“幕布”，怎麼拍得清楚？
還有惱人的大量塵氣雲，就如同一片幕布把舞臺遮得嚴嚴實實，擋住了科學家觀察的視線。
不過，參與“事件視界望遠鏡”項目的科學家可不是吃素的，見招拆招就是他們的拿手本領。
位於阿爾卑斯山的北方擴展毫米波天文臺（NOEMA）參與了對黑洞的拍攝。
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那麼，這張黑洞照片
到底是如何拍出來的呢？
我們首先來看一個小視頻：
似乎還不明白？沒關係，下面的詳細講解。
先來解決拍攝器材問題：事實上，目前任何一臺天文望遠鏡都不具備此次項目所需的超高分辨率。所以，天文學家想了一個辦法，先是調動了位於世界各地的9個天文臺，並使用了一種複雜的方法——干涉測量法。
小科普：啥是干涉測量法
簡單地說，我們可以把來自兩個天文臺的圖片疊加起來合成一張圖片，以未必完全精確的方式，無限逼近一臺鏡片直徑相當於地球直徑的巨型望遠鏡所拍攝到的結果。
而之所以要調動位於世界各地的 9 個天文臺，則是為確保每時每刻至少有兩臺這樣的巨型望遠鏡對準黑洞。
那麼，像上面所說的，科學家還面臨兩個主要障礙：首先是如何透過塵氣雲的觀察黑洞，其次是如何在黑色背景中識別黑洞。
這兩個難關在下面這個方法裡同時被克服了。
按照黑洞的定義，任何光線都無法逃脫黑洞的引力。因此黑洞在理論上是無法被看到的。然而，有些時候，氣體雲會離黑洞太近，在後者巨大引力作用下，氣體開始圍繞黑洞旋轉，形成一個物質盤。氣體因摩擦而被加熱，發出強烈的輻射。它的旋轉速度會越來越快，直至穿越事件視界（一種時空曲隔界線，可以理解為是黑洞的邊界），永遠地消失在黑洞中。事件視界望遠鏡要觀察的， 正是那圍繞著黑洞輪廓的碟形光環。
而幸運的是，圍繞黑洞旋轉的碟形光環不僅發出可見光，它還會輻射出大量X射線、紫外線，甚至是射電波。這三種輻射在本質上與光線相同，只是我們無法用肉眼看到它們，卻能被收集到。
然後科學家再將各種顏色賦予不同波長的電波，從而將其“轉化”成可見光圖像。
（注：娃兒很容易就聯想到，軍事電影中看到的紅外夜視偵查技術，感覺原理上有想通之處～）
所以嚴格地說，科學家想要獲得的並不是傳統意義上的“照片”，而是用“無線電之光”成像的照片哦。
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“沖洗”照片，為啥要“洗”兩年？
和孩子掐指算算，從2017年4月開始拍到數據，在昨天（2019年4月10日）才發佈了首張黑洞照片，也就是“沖洗”這張黑洞照片，足足花了有近兩年時間，暈菜了！
沒錯啊，“沖洗”，就是一攬子對數據進行後期處理和分析的工作。
2017年4月份的觀測中，8個臺站在5天觀測期間共記錄約3500 TB的數據。
這是什麼概念？1TB等於1024GB，相當於500小時的高清電影。
這麼龐大的數據量，根本不可能靠網絡傳遞，所以EHT用硬盤來紀錄每個望遠鏡的原始觀測數據，再把硬盤寄回數據處理中心。
這個過程中涉及數據量之多，處理難度之大都是前所未有的。即使現在人類的運算能力已經非常強大，這張照片還是花費了超級計算機近兩年時間，太不容易了！
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這次拍攝黑洞照片，
咱們中國出了什麼力？
孩子們也一定留意到，這次公佈人類第一張黑洞照片，全球六地同步發佈，就有咱們中國的城市。那麼，在為黑洞拍照的過程中，是否有中國科學家的身影？在這裡，可以非常自豪地告訴孩子們，我們沒有缺席。
1.科學組織參與
中國科學院天文大科學中心（國家天文臺，紫金山天文臺和上海天文臺）是EHT的一個合作機構（EHT共有3個合作機構）的成員。其中，咱們的上海天文臺就組織協調國內學者參與此次EHT項目合作。
2. 望遠鏡參與
這次拍攝中技術構成的一個等效口徑足夠大、靈敏度足夠高的望遠鏡，需要在全球各地廣泛地分佈著足夠多的這類望遠鏡。
在前期聯合觀測中，上海65米天馬望遠鏡、新疆南山25米射電望遠鏡，共同參與了密集協同觀測，為最終的M87*黑洞成像提供了總流量的限制。
圖9：上海65米天馬望遠鏡，圖片來源:上海天文臺
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附：有關黑洞的紀錄片
其實，有關黑洞，有太多精妙複雜的科學知識，以及未解之謎，如果有時間，就和孩子一起觀看紀錄片吧，相信不僅能解答孩子更多的疑惑，還能在他們心中燃點起探索太空的理想火種！
《地平線:超大質量黑洞》（2000年）
超大質量黑洞與它們的寄主星系之間，存在著一個比例關係。而一個更為極端的、擁有恐怖破壞性力量的“超大質量黑洞”，將是此次BBC地平線系列紀錄片所要探索的終極難題。
《黑洞之謎》（2008年）
黑洞的引力場很強，就連光也無法逃脫。為了解開黑洞之謎，科學家們展開了尋找和研究黑洞的行動。天文學家菲爾?查爾斯就是一名黑洞搜尋者，他和他的天文學傢伙伴在拉帕爾馬等地，運用最先進的射電和光學望遠鏡，來搜尋黑洞周圍的空間內所產生的效果。
《寰宇地理之宇宙大怪獸:黑洞》（2008年）
《黑洞怪獸》（2013年）
黑洞在我們的宇宙裡漫遊，這個引力超大的黑色星體，吞噬著沿途的一切。如果我們靠近它，穿越它的臨界點，進入一個扭曲的時空，我們將會看到什麼。如果我們有幸前往一個黑洞的中心旅遊，我們將窺探到宇宙的哪些奧祕呢。
《霍金與黑洞》（2016年）
黑洞是宇宙中的最大謎團，最近發現的引力波證明了黑洞的存在，並提供了研究黑洞物理規律的新途徑。本片採訪霍金，講述黑洞研究的最近進展。
最後的最後，在和娃簡單科普黑洞之後，
還可以和娃輕鬆一刻，開開腦洞，
看看網上各種靈魂畫手憑實力
演示他們眼中的“黑洞”
來感受一下
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是甜甜圈本圈，沒錯了
有人看到了蜂窩煤
咦，這不是我家的電暖爐嗎
來自汪星人的凝視
也有人給黑洞強行加戲
哪吒和超人迪迦都出來了
不愧是國際大事
只能說
一萬個人眼裡
有一萬個黑洞
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