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4月10日，中国科学院上海天文台举行新闻发布会，发布人类史上首张黑洞照片。 新华社 图
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新华社北京4月10日报道，人类获得的首张黑洞照片10日面世。这一重大科学成果由全球多国科研人员历经数年合作完成。那么，这张照片在科学上有多重要？拍到黑洞照片有多难？中国又发挥了什么作用？
01
“第一张黑洞照片与引力波的发现同等重要，可能会拿诺贝尔奖”
“爱因斯坦是对的，他在一百多年前提出的广义相对论经受住了考验。”人类历史首张黑洞照片惊艳亮相后，参与了这一工作的中科院上海天文台台长沈志强感慨地说，尽管黑洞很多年前从数学上就可以得到解，但直到上世纪60年代，科学家才真正觉得可以去找寻黑洞，并一步步逼近了真相，“广义相对论需要在极端环境下检验，而最极端的环境就是黑洞周围。”
“第一张黑洞照片与引力波的发现同等重要，都是对广义相对论的验证，可能会拿诺贝尔奖。”中科院上海天文台副台长袁峰在接受解放日报·上观新闻记者专访时说。
“这将会是被历史铭记的一刻。”沈志强说，科学家之前曾预言黑洞的三个特点：质量、自转和是否带有电荷，如今现实与预言完美地重合了。这要感谢甚长基线干涉测量技术（VLBI）的发展，8台亚毫米射电望远镜相当于构建了一个1万多公里口径的望远镜（也称事件视界望远镜）。尽管使用的VLBI技术并没有本质变化，但对于黑洞的拍摄来说，确实要求非常高。在海平面低的地方难以开展拍摄，必须到空气稀薄的高山上，因而也面临很多技术挑战。“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。”沈志强说，望远镜是个抛物面，如果抛物面精度不高，拍出来的照片就不理想。事件视界望远镜为此提升了10倍观测能力，偏差只有几十个微米。
其实黑洞照片的拍摄工作两年前就完成了，从2017年4月5日至14日，事件视界望远镜对银河系中心和星系M87（距离地球5500万光年）中央的超大质量黑洞进行了拍摄。之所以选择这两个黑洞，是因为这两个黑洞的张角最大，容易观测到细节。“观测的时候天气特别好，这也是成功的因素之一。”
为何黑洞照片的“冲洗”花了这么长时间？沈志强说，这主要是为了确保照片的真实性和可靠性，要得到一个无可置疑的结果，因此花费了大量时间去比较分析。黑洞的图像为何如此重要？据介绍，早期用3个望远镜也曾观测过黑洞，但得不到完整的图像。尽管之前根据牛顿动力学，也能推测出黑洞的质量，但刚刚公布的这个黑洞质量是完全测量出来的，没有假设。
黑洞照片是怎么“冲洗”出来的？中科院上海天文台研究员路如森说，黑洞本身不发光，但周围气体会发光。这就好比把不同频率的音符谱成乐曲，只需把不同频率的黑洞成分测量出来，就可以重建还原图像了。
有了照片对于黑洞的研究是否有帮助呢？沈志强表示信心更足了，此次被拍摄的黑洞在1.3毫米波段，如今正在测试0.8毫米波段，未来将有更多关于黑洞的惊喜带给大家。
02
“我们做到了上一代人不可能做到的事”
由于光线无法逃出黑洞，科研人员要拍的实际上是黑洞产生的“阴影”以及周围的吸积盘等，从而描绘出黑洞的轮廓。此次拍照的一个目标是代号为M87的超巨椭圆星系中心黑洞，它的质量是太阳的65亿倍，但离我们实在太远，达到5500万光年。
要拍摄这么远的对象，科学家模拟出口径像地球一样大的望远镜，这就是“事件视界望远镜”，它集合了分布在全球各地的多个射电望远镜。从智利阿塔卡马沙漠到南极冰原，从西班牙的高山到夏威夷的海岛，8个射电望远镜通过“甚长基线干涉测量技术”联合起来，成功拍到人类历史上第一张黑洞照片。
谈及给黑洞拍照的难度，项目协作委员会主席、德国马克斯·普朗克射电天文研究所所长安东·岑苏斯打比方说：“如果地球是平的，那使用这一技术可以从波恩看清纽约街头报纸上的字。”
经大约两年的数据处理及理论分析，照片才成功“冲洗”出来。照片展示了一个中心黑色的明亮环状结构，有点像甜甜圈，也与此前科幻电影《星际穿越》科学顾问根据相对论等模拟的黑洞图片相似。“事件视界望远镜”项目专家认为，与理论预测一致，这也证明拍到的就是黑洞。
“我们已经完成了上一代人认为不可能做到的事情，”项目主任、美国哈佛-史密森天体物理学中心的谢泼德·杜勒曼总结说，“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。”
此外，此次合作汇集了全球超过200名研究人员的共同努力，项目协调并非易事。项目科学委员会主席法尔克说：“不同文化、不同机构、不同国家和大洲（的科研人员）走到一起合作并不容易，但如果有共同愿景的驱动，有首次看到黑洞的共同梦想，合作就变得可能。”
03
“期待中国成为重要一员”
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。
中科院上海天文台台长沈志强介绍，上海虽然没有望远镜直接进行此次黑洞观测，但上海天文台的科研人员不仅在相关理论解释中做出了国际性工作，还派人去夏威夷和西班牙协助观测。VLBI技术于1967年首次在国外试验成功，上海天文台1971年就提出了研制VLBI技术的计划，成为国内最早推动并主导VLBI技术的科研机构。
不过，中国天文学界也清醒地认识到目前我们还是个“参与者”角色。中国科学院国家天文台副台长薛随建指出，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”。
毫无疑问，“在中国科学界参与的三十米望远镜（TMT）等其他重大国际项目中，那些可预期和不可预期的重大发现将更加激动人心，”薛随建在接受新华社记者采访时说。
太空可能是中国未来能发挥更多作用的地方。法尔克说，今后要拍摄更好的黑洞照片，就需要比地球还大的望远镜，这就需要走向太空，“中国在射电干涉测量技术和太空探索方面的能力正快速增长，我期待未来中国能成为这个领域的重要一员”。
回顾与国际同行共同拍出人类首张黑洞照片的经历，中国科学院上海天文台研究员路如森说：“作为长期深度参与‘事件视界望远镜’国际合作的中国研究人员，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。”
其实最近，与黑洞息息相关的天文学系还真是有点“火”，前段时间，清华大学就设立了天文系纳入理学院，纵观我国各高校的天文学系，虽然国内专门设有天文学系的高等院校并不多，但各个都是能拿得出手的，比如像是北京大学、北京师范大学、南京大学、中国科学技术大学的天文系。都是我国的老牌天文系
南京大学天文系在1952院系调整中由中山大学天文系和齐鲁大学天算系合并而成，2011年成立天文与空间科学学院。学院拥有天体物理和天体测量与天体力学两个国家重点学科、一个教育部重点实验室，也是中国第一个天文学基础研究和教学人才培养基地。
北京师范大学天文系于1960年成立，目前拥有“引力波与宇宙学实验室”、“现代天文学实验室”和“天文教育综合实验室”，与国家天文台共建的“兴隆天文学实践基地”，以及与云南天文台共建的“天文教育实践基地”。北师大天文系有6个学科方向：引力波和星系宇宙学；太阳、恒星和星际介质物理；实验室天体物理；高能天体物理；天文光电技术和应用天文学；天文教育与普及。
北京大学于1960年在地球物理系下设天文专业。2001年北京大学物理学院成立后，天文学系即隶属于物理学院。北京大学的天文学系研究领域包括天体物理学和天文技术及应用两方面，集中在：宇宙学与星系物理，活动星系核与高能天体物理，星际介质物理、恒星与行星系统，粒子天体物理，天体技术及应用五大领域。
中国科学技术大学的天文学科发展始于1972年创建的中国科学技术大学天体物理研究组，1978年经中国科学院批准在科大成立的所级研究单位，1983年更名为天体物理中心。1998年学校在天体物理中心和基础物理中心的基础上成立天文与应用物理系，2008年改名为天文学系。2015年通过“科教融合”，与中国科学院紫金山天文台等联合成立了中国科学技术大学天文与空间科学学院。
中国科学技术大学天文学科现有星系宇宙学、射电天文、空间目标与碎片观测、暗物质与空间天文、行星科学等5个中国科学院院重点实验室。学科方向包括星系宇宙学、射电天文学、太阳和日球物理、高能天体物理、行星和行星系统、应用天体测量与天体力学和空间技术与方法。
或许， 在将来，我们真的可以放更多的期待。
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