黑洞究竟长什么样？人类有望首次拍摄到黑洞照片

我们栖居在智利安第斯山脉上一个令人晕眩的高度，四周围绕着66个“白巨人”。

在不起眼的低矮建筑里，透过一扇大窗，我们能看到荒凉的查南托高原。

在火星似的红色土壤映衬下，大量白色的无线电天线点缀其间，将天线盘朝向纯净的蓝天。

这是阿塔卡玛大型毫米波阵列（ALMA），是世界上最大的射电望远镜阵列之一，也是一场横跨四个大洲的国际合作项目。

2017年春，ALMA将与地球上另外八个望远镜一起，瞄准距地球约2.5万光年的银河系中心，试图捕获有史以来第一张黑洞照片。

这隶属于一个大胆的天文学项目——事件视界望远镜（EHT）。

阵列运营站点的鸟瞰图。

置身海拔5000多米的高处，我和搭档大卫·罗伯森（Dave Robertson）共用一个氧气罐，轮流吸氧，以避免出现高原反应。

向导达尼洛·维达尔（Danilo Vidal）是个精力充沛的智利人，他指着一扇带玻璃窗的灰色金属门说，“如果我们打开那扇门，科学界的每个人都会恨我们一辈子。”

听他说得这么神秘，我赶紧吸了口氧，透过玻璃，窥探这场实验的心脏。

在林立的处理器之中，我看到一个白色的箱子，类似迷你冰箱。里面装的是全新的微波激射器（又称脉泽）——一种超精密原子钟。

它可将当地每一根天线同步起来，再把ALMA同步到EHT的全球网络，从而提供超大的天线盘面和超强的处理能力，使整个网络的分辨率提高一倍。

美国国家射电天文台的克里斯托夫·雅克（Christophe Jacques）正在检查ALMA氢脉泽原子钟的布线。

为了防止设备过热，房间内保持着接近绝对零度的超级低温。

维达尔解释说，只要门一开，紧急系统就会立即关闭脉泽，以保护其不受损坏。

五十多岁的克劳迪奥·福勒特（Claudio Follert）是ALMA的光纤专家，2014年脉泽刚到的时候，他就在场。他说，他从没见过这样的机器。

脉泽精度惊人，精确度大概是智能手机时钟的十亿倍，没有它，EHT就是一纸空谈。

查南托高原

EHT由麻省理工学院科学家谢普·杜尔曼（Shep Doeleman）领导的国际团队设计而成，它使用了干涉测量技术，综合了多个来源的天文数据。

其中每个来源都有自己的脉泽，包括智利的ALMA、墨西哥内格拉火山的大型毫米波望远镜，以及弗吉尼亚州的美国国家射电天文台。

这样的全球性望远镜网络尚属首个。

这些望远镜组合起来，构成了一个地球大小的超级望远镜网络，其分辨率足以拍摄到月球上的一只橙子。

ALMA最近加入这个射电望远镜团队后，这个网络的灵敏度增加到原先的十倍。

因此杜尔曼的团队认为，它已经足以穿透星际气体的阻挡，拍摄到他们的目标：超大质量黑洞。

这些气体被黑洞的引力吸入轨道，形成巨大的云团，使光学望远镜束手无策。

另一方面，黑洞中微弱的无线电信号也会穿透这些气体云。现在，它们终于也能被探测到了。

黑洞仍是外太空的一个传说。没有光能逃脱黑洞，因此它对肉眼并不可见。

我们并不能证实黑洞确实存在，有的只是一大堆间接证据，尤其是附近恒星轨道的引力摆动、星际气体云的变化。

有时我们还会观察到气态射流喷出，仿佛有一个不可见的极大引力源，将宇宙物质撕成了碎片。

黑洞挑战的是我们对现实的最基本信仰。

包括理论物理学家斯蒂芬·霍金（Stephen Hawking）和基普·索恩（Kip Thorne）在内，富有远见的科学泰斗们都曾专门著书，阐述黑洞引力可能引发的奇幻场景。

想象一下，你的身体被越拉越长，就像动画片里的人物那样——在《黑洞与时间弯曲》一书中，索恩就描绘了这样一幅令人直起鸡皮疙瘩的场景。

美国宇航局的钱德拉X射线天文台拍摄的银河系中心图像。超大质量黑洞就在中央。

科学界认为，黑洞潜伏在星系的中心，包括我们的银河系。

只要证明银河系中心存在超大质量黑洞——射手座A*，你就离解答另一个谜团更近了一步：人类起源，以及我们所知一切生命的起源。

“银河系中心的黑洞与人类起源密切相关。”与EHT合作的ALMA天文学家维奥莉特·因佩雷泽里（Violette Impellizzeri）说。

据信，超大质量黑洞能调节周围的恒星，影响它们的形成及轨道。“了解了银河系的形成，我们就能了解人类的起源。”她说。

科学家估计，射手座A*的质量是太阳的四百万倍，但它的直径却大致相当于太阳到水星的距离——按照宇宙的标尺来衡量，这算不了多长。

因此，巨大的密度产生了巨大的引力，扭曲了周围的空间和时间，使得黑洞无法为肉眼所见。

目前的理论认为，黑洞中心（奇点）到边缘（事件视界）的距离被极度扭曲，以至于接近无限长，光在逃逸过程中，很快就耗尽了能量。索恩也赞同这一观点。

麻省理工学院的项目负责人杜尔曼最终决定，要看到不可见的事物，你首先得创造一种新的视力。

通过将ALMA作为巨型EHT网络的一部分，我们可以给围绕射手座A*运行的物质（名为吸积盘）拍摄一张无线电“照片”，然后看到阴影形式的黑洞，这便是黑洞的第一张肖像。

向导维达尔和光纤专家福勒特带我们来到高原上。他们有任务在身：一根天线被受损的无线电接收器弄折了。

太阳晒得让人睁不开眼，风特别大，干燥就不用说了——查南托天文台位于智利的阿塔卡玛沙漠，是除两极以外，地球上最干燥的地方。

查南托完全不适合人类居住，但却是射电望远镜的理想家园：高海拔使它更接近星辰，极低的湿度也使宇宙信号纯净无染。

ALMA公关协调员维达尔和本文作者劳舍尔在查南托。那里几乎永远阳光明媚，风也特别大，高海拔让人呼吸困难。

对一些人（比如ALMA的团队成员以及杜尔曼）来说，极端环境正是吸引他们的其中一个原因。

“我喜欢望远镜。”杜尔曼说。他性格外向，充满创业者的活力，浑身散发出一种探险家的精神。比起待在办公室，他更喜欢野外。

杜尔曼经常前往世界各地的EHT站点，其中很多都位于极端环境中，比如安第斯山脉和内格拉火山。

“是冒险的成分在驱使着我——顺着土路驾车，爬山，安装新仪器，做以前从未做过的观察。我可不愿坐在办公室的扶手椅里。”

站在查南托高原上，我开始头晕，但试着稳住呼吸节奏——低氧会让你迅速变得神志不清。

在高原上，ALMA的天线阻挡了沙漠里的阳光，也让我和大卫显得格外渺小。它们强大且怪异，就好像复活节岛上的雕像。

但即便站在这些“巨兽”之下，我也不清楚科学家是如何控制它们的——白色天线盘的转动似乎永远毫无征兆。

使用干涉测量技术，ALMA的天线可以通过配置，组成一个巨型天线，而ALMA本身又能与世界各地的望远镜同步。

只要其中一个无线电接收器失调，这根ALMA天线就无法工作了。

我们跟着福勒特，爬上了几段钢梯，来到一间低矮的维修室。

我们帮他移走损坏的接收器，那是一个长长的金属圆筒，像是一枚未来感十足的火箭筒。

维达尔开车，带我们回到山下ALMA总部的运营支持中心，去看看专门维护接收器的实验室。

开车时，维达尔必须通过氧气管呼吸。这方面的国际规定非常严格，目的是避免高海拔导致驾驶员失去意识。

下山时，维达尔每隔一段时间就进行一次无线电呼叫，以确定我们的位置。周围的山坡全是红色，而且贫瘠多石。

也正是出于这个原因，美国宇航局（NASA）经常在这里模拟火星环境，测试各项航天任务。

在海拔5000多米的高原（大致是珠峰大本营的高度），作者劳舍尔吸着氧气，以避免出现高原反应。

运营支持中心设在海拔2700多米的地方，ALMA工作人员把这里称为他们的“家”：总共有600位科学家轮流在这里工作，还有来自20多个国家的工程师和技术员。

他们面临的是极端工作条件：一个礼拜不见家人朋友，还要承受高海拔带来的短期和长期健康风险，包括中风和肺水肿。

所以，医务人员会定期监测所有工作人员，应急氧气设备和高压氧舱也都随时待命。

需要放松时，大家会锻炼身体或是看电影，只不过，某些科幻电影是不大受欢迎的。

“有时候，我们也需要从这里抽离一会儿。”福勒特说。

在这里，饮酒是严格禁止的——哪怕只是喝一点点，高原反应就可能大大加重。

ALMA运营支持中心鸟瞰图。

ALMA团队的密切合作对天文台的存续至关重要。

探测宇宙无线电信号，包括从黑洞发出的信号，需要团队不断合作，他们必须如强迫症般地校准、维护并修复仪器，从而将不必要的杂音抵挡在外。

不久，ALMA和参与EHT项目的其他望远镜就会瞄准银河系中心，调谐到黑洞狭窄的射频频带。

ALMA收集的数据将异常庞大，无法进行在线传输。

办法只能是借助“人力网络”——将其载入物理硬盘，再装上波音747飞机，直飞麻省理工学院。

今年晚些时候，ALMA的数据将与其他望远镜匹配，届时，在吸积盘的发光气体背景下，射手座A*也许会露出它的真面目。

翻译：雁行

来源：Motherboard

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