人类史上首张黑洞照片4月10日面世，黑洞照片怎么拍出来的？不是说黑洞也吞没光线么？

其实这个吞没光线也是有范围的。

这个事可以这么理解，我们要摆脱地球或者太阳系，其实是需要一定速度的，摆脱地球的叫做第二宇宙速度，是11.2km/s，而摆脱太阳系的叫做第三宇宙速度，是16.7km/s。

而本质上我们是在摆脱天体的引力。

后来，科学家就在想，宇宙中的能量，物质和信息的最快速度是光速（相对论的限制）

那有木有逃逸速度超过光速的天体呢？那样的话不就是连光都跑不出去了么？

科学家推导发现逃逸速度为光速的天体半径。半径大小取决于天体自身的质量。我们管这个半径叫做史派西半径。

也就是说，在这个半径范围内，光是跑不出的，而在这个半径范围外，还是能看到光的。所以也这个半径为基础有个事件视界。

在这个事件视界外，我们一般都能看到很亮的吸积盘（这个亮还和红移有关）。

所以，我们看到的光其实是黑洞的禁区之外的，禁区之内的其实都被它吸走了。

在刚刚结束的全球协调黑洞首张照片发布会上，我们荣幸第一次见到了位于室女座的椭圆星系M87的黑洞真容照！那么黑洞到底是怎么被拍摄的呢？视界望远镜拍下了黑洞对周围发光的吸积盘物质(迅速落入黑洞视界的热物质)形成的阴影。这对物理学家来说是令人兴奋的，因为它证实了一些关于黑洞影子应该是什么样子的重要观点，而这些观点反过来又证实了科学家们曾经对黑洞的看法，并且坐实了爱因斯坦相对论。黑洞聚拢周围的气体产生辐射而被发现的过程被称为吸积。高温气体辐射热能的效率会严重影响吸积流的几何与动力学特性。已观测到了辐射效率较高的薄盘以及辐射效率较低的厚盘。当吸积气体接近中央黑洞时，它们产生的辐射对黑洞的自转以是中央延展物质系统的流动。吸积是天体物理中最普遍的过程之一，而且也正是因为吸积才形成了我们周围许多常见的结构。为了成像，天体物理学家必须以前所未有的细节探测到这些无线电波。没有一架射电望远镜能做到这一点。但正如哈佛大学天体物理学家、事件视界望远镜(Event Horizon telescope)主任谢泼德·多尔曼(Sheperd Doeleman)在美国国家科学基金会(National Science Foundation)的新闻发布会上说的那样，物理学家们找到了如何将地球周围的所有天体连接起来，组成一个巨型望远镜。每台射电望远镜都捕捉到了大量射电光子，但却没有足够的细节来发现被吸积盘包围的黑洞的阴影，因为每台望远镜对这幅图像的视角都略有不同。因此，科学家们煞费苦心地将略有不同的数据集结合起来，并借助原子钟，比较了射电光子到达不同仪器的时间。通过这种方法，物理学家们能够从大量的干扰中分离出黑洞的信号。

今晚（2019年4月10日）9：00是一个激动人心的时刻，人类拍摄的第一张黑洞的真实照片将第一次呈现在公众眼前。

黑洞是大质量天体发生重力坍缩，使其周边空间极度弯曲后的结果。在它巨大的引力作用下，连光线都无法逃脱它的引力场。这使得它看上去是黑的（不发射和反射任何光线），这也是它得名“黑洞”的原因。

图：黑洞

黑洞本身除了有极其微弱的“霍金辐射”外，不会发出任何光线，这使得人们无法直接观测到它的外貌。但是，由于巨大的引力，黑洞周围会汇集一个主要由气体、尘埃构成的吸积盘。这些物质会相互碰撞发出电磁波，黑洞在吞噬这些物质时也会发出电磁波。这就为我们看见它提供了一个机会。

但这些有黑洞吸积盘发出的电磁波实在是太微弱了，需要用一个非常大口径的望远镜才能够看见（口径越大分辨率越高）。这就是“事件视界望远镜”大显身手的时候。

图：南极望远镜

图：ALMA望远镜

事件视界望远镜并不是一台望远镜，而是由多台射电望远镜构成的阵列，这些分布于地球各处的射电望远镜利用甚长基线干涉技术组合在一起形成的望远镜，它的口径为它们之间的距离，这个天文望远镜阵列的等效口径相当于地球的直径。

图：椭圆星系M87

图：拍摄到的椭圆星系M87核心黑洞的相对论性喷流，长达数光年～十数光年

事件视界望远镜的观测目标是银河系中心的黑洞（人马座A*）和椭圆星系M87中心的黑洞。这些射电望远镜在同一时间内对准目标进行观测，然后将观测到的数据统一到一台超级计算机那里进行处理，最后得到结果。

一切结果今晚见……

黑洞是宇宙中的一种神秘天体，它附近有强大的引力，大到视界处的逃逸速度达到光速，连光也逃不出它的引力，故名黑洞。质量大的恒星经历超新星爆发后可以形成恒星型黑洞，恒星型黑洞可以通过吞噬周围的物体或者黑洞合并增加质量，质量更大的超大质量黑洞的形成原因还不是很确切。在很多星系的中间往往就存在着一个质量很大的超大质量黑洞，比如我们生活的银河系中间就有一个质量约为太阳质量430万倍的黑洞人马座A*（注意，它的名字上有一个星号）。

根据理论，黑洞中心有一个密度无限大的奇点。这个点体积无限小，按理说量子力学可以在此大展身手；同时这个点质量非常大，附近的引力非常强，这又是广义相对论的用武之地。广义相对论和量子力学还没有统一在一起，故黑洞这个家伙吸引了很多物理学家的兴趣。

平日里似乎我们可以看到很多黑洞的照片，不过那些照片并不是拍出来的，可以说是艺术家根据已知的科学事实给出的艺术想象图。这些图片可以做的非常优美，能够吸引无数人对其的向往。

黑洞虽然黑，不过黑和不黑之间有一个分界，那个分界就是黑洞的视界。视界之内，我们看不到，在黑洞的视界之外，黑洞吞噬物体时会产生吸积盘、喷流，如果对黑洞的视界进行拍照，就能够勾勒出黑洞的形象。EHT（事件视界望远镜）就是依托地球上的8台大型射电望远镜为黑洞拍照的。获得了足够的黑洞照片，就可以帮助人类了解星系的形成以及演化，或许还能在其他基础科学方面有所突破。

对科学家而言，看到了第一张黑洞的照片肯定会非常激动。不过公众或许就会有些失望了，因为满怀期待的黑洞玉照并不是那么好看，远不如之前看到的想象图美丽。科学家希望看到的是最真实的图片。就好像你天天看的朋友圈里的化妆加美颜的照片比较养眼，而科学家要的是卸了妆后的真容。

就在刚刚，第一张黑洞照片已经发布了，可以看到吸积盘、能量喷流等结构。黑洞并不是吞噬“光”，而是视界内的逃逸速度超过光速，光也无法逃逸出来。

视界这个东西可以参照地球的逃逸速度理解，地球发射火箭，只有速度达到第一宇宙速度即7.9公里每秒，才能摆脱地球引力在太空中绕地球飞行。视界就是这么个东西，是可以通过已有理论计算的，就是引力达到物体以光速飞行时也无法从黑洞内部逃逸出来的速度。但是视界之外就不一样了，还是以地球为例子，距离地球越远引力越小是已经确定的，黑洞也是一样的，距离足够远的时候 ，逃逸速度就小于光速了，所以黑洞在吞噬周围物质的时候在视界界面外的能量释放是比较剧烈的，理论上可以观测，只是以往的观测方式难以实现。

以往科学家认为黑洞存在，更多的是通过间接观测证据，比如银河系中央的黑洞，它们绕着中央一颗“看不见”的神秘天体，以十分高的速度旋转，轨道偏心率也比较高，只有引力十分巨大的天体才能达到这个效果，理论上可以吸引整个星系物质围绕旋转的天体只有黑洞一个了。今晚发布的这个是直接观测的，虽说是直接观测，但是以一台大型射电望远镜还是十分吃力的，科学家想到的办法就是将位于全球的8座天文台的信号同步，使得数据捕捉量数倍数十倍的提高，观测灵敏度非常高，使得遥远黑洞辐射的信号也能被捕捉到了。

除此之外，今晚发布的这颗黑洞，还用了引力透镜效应等广义相对论中的理论，实现了对黑洞信号的“极限”放大，未来随着加入事件视界望远镜（EHT）的望远镜的增多，人类将观测到更多神秘的天体事件。同时这也是一次重大的国际合作项目，验证了以往人类理论科学的正确性。

打个比方，水流漩涡见过吧，大多数人都见过，但漩涡里的情况有几人知道，不确定吧，那你为什么会确定这是个漩涡呢，因为它周围的水流物质的集中汇聚现象让人能认识到它，这就好比黑洞，你不能确切的描述黑洞的情形，但你可以通过它周围的能量，物质的汇集，消失，放射，塌陷等等的现象来确定黑洞的位置，至于更深层次的黑洞样貌，以我们目前的科技手段还不能完成对其完整的描述和呈现，但对于此次多个国家联合完成拍摄分析的这张黑洞的照片，我们应该抱以期待，无论它长什么样子，我们都是幸运的，因为这是自有人类意识到黑洞存在后的首张真正意义上的黑洞照片。

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