科学现场：黑洞你好，请说“茄子”

500米球面射电望远镜位于中国贵州省黔南布依族苗族自治州平塘县。

我们可能想成为第一代用眼睛看到黑洞的人。

2017年4月，为了拍摄黑洞照片，4大洲的8个射电望远镜阵列组成了一个虚拟望远镜网络——“事件接口望远镜”。来自世界各地30多个研究所的科学家发起了一项联合观测。对观测数据的分析预计将在一年后完成。黑洞的神秘存在会有一张“免冠照片”。

一个世纪以来，黑洞出现在书籍、电影、电视剧甚至商品包装盒上。这些只是计算机模拟的结果，是基于科学理论的。

根据爱因斯坦1915年提出的广义相对论，重力可以抓住时空白万。那么，当物质和能量无限时，扭曲就没有极限了。宇宙的阴沟终于形成了，就我们所知，光是宇宙中跑得最快的。

2016年2月，人类“听说”了黑洞。13亿光年外，两个黑洞合并产生的引力波被LIGO(激光干涉引力波天文台)探测到。项目负责人、麻省理工学院干草堆天文台的负责人谢泼德·s·德勒曼说，只是我们那些不真实的朋友在湖*“把手伸进了水里”，我们站在近岸的水中“感觉到了涟漪”。

这一次，我们终于可以亲眼目睹了。

被虚空之光包裹着

美国时间4月11日上午11点22分，工程师和天文学家在干草堆天文台完成了为期五天的观测。有些人开了50年的威士忌，而其他人开始演奏女王的波西米亚狂想曲。

其中一个观察对象位于银河系的中心，距离我们1200万光年。400，000个太阳的质量在这里被挤压，引力将大大小小的恒星吸引过来。宇宙正在沸腾。喷射状的能量拖着一百万光年的尾巴，就像一场永恒的焰火表演。

科学家们长期以来一直推测称之为半人马座星系A *的超大质量黑洞就在这里。与吞噬周边物质的同类相比，它可能正在“节食”。

它是无形的。眼睛接收物体反射的光，以观察它们的样子。黑洞不会错过任何试图逃脱的光线，也不会被看见。

科学家采用迂回战术。

根据黑洞研究专家、国家天文台研究员郭立军教授的说法，黑洞的中心是无限质量被挤压的奇点。奇点的外围是一个空洞，空洞的边缘被称为事件接口。在入射界面，被重力吸引的气体旋转，由于摩擦发出耀眼的光。

这次拍摄的是黑洞，物体不是空洞，而是空洞的光。通过确定事件界面的大小和形状，我们可以进一步了解黑洞的外观。这就像理解透过半透明的蝉蜕在高大的树上很难找到的知了。

科学家推测，事件界面将看起来像天幕中的一个金色圆圈。由于多普勒效应，流向我们的半环更蓝，而远离我们的半环更红。

银河系位于地球的眼睛和那道光之间。干草堆天文台的卡尼奥·法科勒说，这条布满星星的河流更像是一面“磨砂玻璃”。只有少数光子可以通过而不被吸收。

射电望远镜使用无线电波段中波长最短的毫米波来更清晰地观察细节。

虽然“眼见为实”通常指可见光，但这些照片仍然反映了黑洞的外观。事实上，在天文学家眼里，真正的形式是丰富的。

勾立君展示了一幅很长的画面:银河在不同的波段中呈现出不同的面貌。形状和大小没有改变。在能量最高的伽马射线带中，它是绿松石背景上的嵌金红色带。在红外波段，它是紫色窗帘上的一条白金裂缝。

月亮上的橙色

这种照片很有可能拍不清楚:拍摄对象站得太远，又太小。

2005年，由中国科学院上海天文台研究员沈志强领导的一个国际天文研究小组发现，半人马座星系A *所占据的区域直径只有1.5亿公里，但却是一个天文单位。

“从地球上观察事件界面，它的大小与月球上的一个橙子差不多。”勾立君说。这是天文学界的一个经典类比，源自包括华盛顿大学在内的科学团队在2000年所做的精确计算。

目前，人类从地球上拍摄的最清晰的月球表面图像包含13000个像素，每个像素实际覆盖的面积可以覆盖1500万个橙子。

为了看到月球上的橙子，德勒曼和他的团队需要一个地球大小的望远镜。

"原因很简单:望远镜的直径越大，看得越清楚。"国家天文台研究所的刘超说。他是望远镜专家。

1609年秋天，伽利略第一次通过细铜管和凸透镜看到了月球粗糙的表面。2014年，球形射电望远镜FAST成功建成，直径500米，就像贵州省黔南布依族苗族自治州青山的一个白色大碗。随着口径变大，人眼可以到达更远的地方并有更清晰的视野。

当单个最大口径的望远镜达不到要求的清晰度时，“长基线干涉测量法”(VLBI)还有发挥的空间。为了获得更清晰的视野，科学家们试图将几个望远镜结合起来。望远镜离得越远，它们看得越清楚。

从南到南极，从北到西班牙，从一个长期休眠的火山口到终年存在的冰原，人类的眼睛一个接一个地睁开。八个射电望远镜形成了一个地球大小的视野网。

协调这8只眼睛花了10年时间，科学只是其中之一。

古利军队做了一个类比。事件界面的光子穿过宇宙，在望远镜中反射，拼接成图像。他们像沉默的游客一样成群结队地来了。每一批都带有某一时刻的图像信息。八个射电望远镜像八个站一样在等着他们。

同一批乘客不会同时到达不同的车站。如果他们携带的信息是根据到达时间来分类的，那么这个批次将是错误的。不同时间的光子混合在一起，最终会得到一个扭曲的图像。

科学家必须控制这八个站的精确时间表。

为了确保最佳观测效果，选定的望远镜位于高纬度、高海拔和干燥的气候条件下。"地球上这么好的地方是有限度的。"

这些异常明亮的眼睛，就像受欢迎的明星一样，日程安排非常紧凑。有一长串的科学探索计划希望由他们来完成。

另一方面，在整个观测期间，四大洲的八个地点需要好天气。2017年将只有10个这样的窗口。

谈判至关重要。最后的计划是观察半人马座星系A *两个晚上，并将剩余的时间分配给星系M87黑洞。

大多数望远镜没有支持甚大规模集成电路技术的设备。事件接口望远镜团队需要拜访每个家庭，调整硬件设备，安装新的数字信号处理器和数据存储器。在智利的阿塔卡马大型毫米波阵列中，德曼的搭档甚至不得不爬进望远镜的大碗中重新连接电路。

“各级*都需要采购。”德勒曼叹了口气。

自画像和朋友的真相

这不是人类理论第一次在视线之前突破地球的束缚。

1932年，中子被发现。苏联科学家兰道在相关的研讨会上预言了中子星的存在。相关理论不断发展。35年后，剑桥大学的一名女生捕捉到了1.337秒的常规无线电脉冲，就像是外星人的低语。科学家们终于相信这是中子星快速旋转的结果。

爱因斯坦提出广义相对论已经103年了。首次命名为“事件接口”的德国科学家于2016年春天去世。他录制的最后一个受欢迎的电视节目的名字是“这只是时间问题”，带有双关语。两个月后，人类“听到”了黑洞的回声。一年后，八只巨大的眼睛慢慢睁开了。

"这次的结果对日常生活影响不大。"勾立君老老实实地说道。根据他的介绍，在这个国家已经有相当多的人在研究黑洞，“差不多有30个人。”

中国被认为是这个项目的第二方之一。八只眼睛中的一只，位于夏威夷的詹姆斯·克拉克·麦克斯韦望远镜，在运行不佳的时候得到了亚洲核心天文台的资助。后者由东亚的四个核心天文机构组成，包括中国科学院国家天文台。

虽然没有直接参与，郭立军早在一年前就知道了事件接口望远镜项目。他是一位热情的科普作家。他很早就准备了关于这个项目的文章，并在必要时寄出。阅读的文章数量很快超过了10万篇。

在接受美国媒体采访时，德勒曼摩拳擦掌，试图了解围绕事件界面的物质结构，并观察气体是如何落入这一空隙并消失的，“就像电影一样”。

法科尔的愿望更简单:“事件界面决定了黑洞的存在。我希望我能看到它，看到它真正的认真。”这意味着过去一个世纪中最重要的时空理论是正确的。

他们必须再等一年。这张照片要到2018年才会“冲洗”。

事件接口望远镜最终每晚产生2PB的数据，相当于200万部蓝光电影。如此大量的数据不能通过网络发送。它必须储存在1024个硬盘中，并邮寄给德国波恩的神盾局天文台和马克斯·普朗克无线电研究所。

其中，南极射电望远镜的数据直到今年9月才被飞机检索到。在那之前，漫长的南极冬天将停止任何交通。

数学家、物理学家和天文学家并肩工作。超级计算机将对数据进行哼哼。

随着地球的旋转，8只眼睛拍摄的图像都会有不同程度的变形。计算机算法可以从这些图像中选择“更接近真实”的图像，从而恢复拍摄的恒星的精确全景。

要做到这一点需要学习。科学家“输入”的真实图片越多，算法判断“真实”的准确度就越高。

在这个项目的参与者——干草堆天文台的凯特·鲍曼(Kate Bowman)看来，描绘宇宙就像拼图游戏。算法将选择大量图像作为拼图游戏的碎片，嵌入适当的网格，并一点一点地补充完整。

问题是黑洞不同于其他拍摄的恒星，没有人真正见过它们。科学家试图接近的现实是一片空白。

当然，他们可以选择根据理论模拟的黑洞图片作为模型。有一个巨大的危险:如果爱因斯坦错了呢？

"我们不能把我们的证明建立在我们想要证明的理论上."鲍曼说。

鲍曼和她的同事努力做到公平。他们“输入”到机器中的拼图不仅包括模拟黑洞照片，还包括其他恒星的照片，以及互联网上大量的日常图像。在观察前的模拟过程中，三种碎片都获得了相似的谜题。她和她的搭档终于松了口气。

鲍曼感到遗憾的是，这些大量的日常照片来自社交网络上的自拍和偷笑，还有许多家庭照片。

人类生活中最常见和最平凡的场景将有助于揭示时间和空间的真实本质。