人類首張黑洞照片，於一般人而言，是震撼，是像「甜甜圈」的感性認識。但對中科院上海天文台黑洞影像研究團隊而言，是觀測與資料分析，是探尋背後的物理意義。
厚積而薄髮。上海天文台致力於超大質量黑洞的高解析度觀測研究，已有20多年。
從共同捕捉M87星系中心首張黑洞照片到銀河系中心黑洞照片，從深度參與"裱花版甜甜圈"到領銜國際合作發布M87黑洞的"全景照"，上海天文台黑洞成像研究團隊近年來牽頭我國大陸學者參與「事件視界望遠鏡」（事件視界，是區分黑洞內部和外部的邊界面）國際合作，共同獲得2020年基礎物理學科學突破獎。
黑洞成像研究，有"中國聲音"，也有"上海貢獻"。
【「只有建造我們自己的望遠鏡，才能掌握更多主動權」】
人類對於黑洞的探索由來已久。愛因斯坦在1915年提出廣義相對論，黑洞相當於愛因斯坦場方程式的一個極端的解，不過連愛因斯坦也不敢相信黑洞真實存在。
1963年類星體被發現時，科學家無法解釋背後的物理學。當時有一種假說，認為類星體是黑洞吸積而成。於是，對黑洞的觀測開始提上日程，人類居住的銀河係自然成為首選。 1974年2月，銀河系中心黑洞對應的射電源被發現。
現已任上海天文台台長的沈志強研究員博士畢業後就開展了對銀河系中心黑洞的射電觀測，從1997年開始的5年間，開展了20多次高分辨率VLBI （甚長基線乾涉測量）觀測，其間每一步工作都代表了當時該領域的最新進展，無線電波的「視線」一步步接近該黑洞。
沈志強
此後經過近20個月的特意等待，他們迎來了一次關鍵的觀測，發表了世界首張3.5毫米波長的銀河系中心黑洞高解析度影像。這項研究獲評2005年度中國基礎研究十大新聞。
2019年4月10日，首張黑洞照片誕生，事件視界望遠鏡宣布獲得了超大質量黑洞的第一個直接視覺證據。
2020年基礎物理學突破獎頒給了347位參與事件視界望遠鏡合作的研究人員，其中8位來自上海天文台黑洞成像研究團隊。
拍攝首張黑洞照片時，事件視界望遠鏡是由分佈在全球6地的8個地面射電望遠鏡組成的觀測陣列，從而形成口徑如地球大小的「虛擬」望遠鏡。然而，這些望遠鏡大都分佈在西半球。
「只有建造我們自己的望遠鏡，才能掌握更多主動權。」沈志強說，為了參與到對黑洞24小時不間斷的接力觀測中，上海天文台正為下一代黑洞動態成像，在我國青藏高原推動建設亞毫米波望遠鏡，以期用「大設備」產出「大成果」。
【在黑洞成像研究領域發出「中國聲音」】
17年前，與導師沈志強的合照中，28歲的路如森是上海天文台的博士生，臉上還有稍許少年氣。這裡是他學術生涯的起點。
2007年的沈志強和路如森（右）
6年前，事件視界望遠鏡合作組織在荷蘭的會議照中，39歲的路如森看起來成熟穩重。 「這次會議我們主要討論怎麼發表人類首張黑洞照片，大家都很興奮。合照時，我特意緊靠在創意海報旁，儘管上面並不是真實的黑洞照片，但在我看來很有紀念意義。"
路如森（第二排左一）
黑洞照片究竟是怎麼「沖洗」出來的？ 「黑洞本身不發光，但周圍氣體會發光。這就好比把不同頻率的音符譜成樂曲，只需在頻域中把黑洞圖像對應的不同成分測量出來，就可以重建還原圖像了。」路如森說。
2018年，長期在德國馬普射電天文研究所和美國麻省理工學院從事VLBI成像研究的路如森，加入上海天文台，"我想把國內相對薄弱的黑洞成像研究推進到國際先進水平。"
如果說以「甜甜圈」驚艷亮相的人類歷史首張黑洞照片，是一張「特寫」照。 2023年4月，由路如森擔任首席科學家領銜的國際團隊則首次「拍攝」了M87黑洞和噴流的「全景」照。在這張照片中，不僅「甜甜圈」大了近一半，還可以看到噴流如何從黑洞中噴薄而出。這項研究成果發表在國際學術期刊《自然》上，在全球引發廣泛關注。
美國藝術與科學學院院士、北京大學科維理天文與天文物理研究所所長何子山教授，對這張「全景」照給予高度評價：「關於大質量黑洞的存在，首張黑洞照片是一個重大突破。這次的新發現，則是用獨立的方法，在不同的頻率，提供了一個很好的證據。"
【原來只會寫程式、推公式，現在是「多邊形戰士」】
上海天文台助理研究員趙杉杉是一名"90後"，加入"事件視界望遠鏡"合作組已有7年之久。
趙杉杉
她所在的理論工作小組利用計算機數值模擬產生了一個龐大的模型影像庫，2019年有6萬張影像，到2022年時已擴充到180萬張影像。 「我們將模型影像庫與黑洞觀測資料相比較，從而篩選出二者高度符合的模型。」趙杉杉說，之所以需要如此龐大的影像庫，因為黑洞周圍的環境非常複雜，導致許多物理參數都是不確定的，每個物理參數變動一點，產生的模型影像都可能大不相同。一次數值模擬需要在超級電腦上計算幾週到幾個月，如果變動參數就要重新計算。從這個角度而言，黑洞圖像的理論解釋是非常「昂貴」的工作。
「我原來只會寫程式碼、推公式，現在接觸了觀測和技術，更沒想過還能參與建設望遠鏡，算是一名『多邊形戰士』了。」日前，趙杉杉跟隨團隊去西藏尋找合適的望遠鏡站址，"一開始說上兩句話就要吸氧，但過幾天就能跑了。"
「銀心黑洞的照片，與人類首張黑洞照片最大的不同，它是我們自家黑洞的照片。」B站影片中，趙杉杉淺淺地微笑著，娓娓道來。為讓大眾更了解黑洞，趙杉杉與「魔都科學目錄」合作發布8個科普視頻，累積播放量32.7萬。
【「在海拔4千米高山上，為了校準訊號經常通宵工作」】
上海天文台副研究員江悟，從技術開發「半路出家」做天文研究，卻甘之如餉。
要從地球上看見黑洞，必須使用在亞毫米波段工作的望遠鏡。由於亞毫米波穿過大氣層時會被大氣中的水分子吸收，需要在乾燥的地區建造望遠鏡。夏威夷有兩座火山，一座是活火山，另一座是休眠火山，也因此成為天文觀測勝地。
「在海拔4千米高山上，就連呼吸都困難，我們不僅要搬運各種儀器，為了校準信號還經常通宵工作。」江悟之前在夏威夷參與了首個黑洞成像觀測。
「雖然在半夜觀測，大家都很興奮。」江悟說，"最大的福利是凌晨返回基地看見另一個山頭的活火山正在噴發，算是同時見證了大自然和黑洞的神奇。"
江悟
儘管銀河系中心黑洞離我們更近，但為其「拍照」卻艱難得多。它比M87中心黑洞小了1500多倍，周圍的氣體以接近光速繞著黑洞旋轉，幾分鐘即可繞一周，這意味著亮度和圖案也在時刻快速變化。有科學家比喻——像是給一隻正在追逐自己尾巴的小狗拍照。
這使得銀心黑洞的成像充滿困難與挑戰。讓江悟意想不到的是，自己在上海天文台搭建的超算平台派上了用場。相較於用個人電腦計算成圖，這款超算平台能以快百倍的速度獲得影像，成為其他團隊羨慕的「最強裝備」。
【「一生擇一事，研究黑洞是我的幸運」】
「科學研究的魅力在於未知。雙黑洞是另一種重力波的波源，如果未來能偵測到，將是一件激動人心的事。」沈志強說。
「給黑洞'拍照'，不僅天文學家感興趣，其實整個基礎物理學界都非常感興趣。」趙杉杉說，理論上關於黑洞的解堪稱完美，但黑洞的真實環境遠超她想像，「黑洞其實也和人一樣，正在經歷著許多事情。探索未知是人類天性，我只是人類的一個代表，這份工作帶給了我價值感。"
「人類首次拍攝的黑洞距離地球5500萬光年，這意味著我們看到的光是5500萬年前發出來的。宇宙如此恆久，而人的壽命不過百歲。一生擇一事，研究黑洞是我的幸運！」沈志強說。
探賾索隱，鉤深致遠。這些給黑洞「拍照」的人，還在路上。
題圖來源：首張黑洞照片。事件視界望遠鏡合作組織圖片來源：內圖由上海天文台提供
來源：作者：黃海華
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