中央纪委国家监委网站 2019-05-30
上篇
【视频·街采】
看到黑洞照片觉得像什么？
“一只眼睛。”
“猫的眼睛。”
“像一个笑脸。”
“比较像那种打散的鸡蛋黄。”
之前想象的黑洞是什么样子的？
“黑黑的一个球。”
“没有水的枯井。”
“色彩斑斓的星星点点的。”
“像一个魔鬼的吸盘。”
“像一个吸力机似的。”
关于黑洞你最想了解的真相是什么？
“黑洞里面是什么。”
“它有辐射吗。”
“它什么时候会吸到地球。”
“进入黑洞之后是到了哪里。”
“在它里面还能不能够出来。”
“在黑洞的那一边是什么样的世界。”
如果可以靠近黑洞你最想做什么？
“时空穿梭。”
“时光倒流。”
“我想从黑洞中穿过去。”
“会不会可以看到小时候。”
“回到过去让我再年轻一回。”
“让自己青春永驻可不可以。”
【视频短片】
解说：1916年，德国天文学家史瓦西根据爱因斯坦的广义相对论，预言了“黑洞”的存在。人类在100多年的时间里不断地探究黑洞是否真实存在，大量天文观测数据已证实，在浩瀚的宇宙当中，有无数的黑洞神秘地藏身于各星系中。但人类却从未直接“看”到过黑洞真容。直到2019年4月10日，由“事件视界望远镜” 历时两年多处理分析的首张黑洞照片终于问世，神秘的“黑洞”才真正被我们“看见”。这也再度引发人们对宇宙太空探索的热度。
主持人：壮丽七十年，科技向未来！大家好，这里是中央纪委国家监委网站《科技向未来》，我是主持人张静。科学技术从来没有像今天这样深刻影响着国家前途命运，也从来没有像今天这样深刻影响着人民生活福祉。我们《科技向未来》就聚焦大家最关心的前沿科技，今天这一期节目，我们就要和大家来聊聊“黑洞”。很多朋友知道最近“黑洞”是频繁刷屏，我相信很多朋友都非常的好奇，这个黑洞的奥秘到底是什么。今天我们为大家邀请到的是中国科学院上海天文台副台长——袁峰研究员。接下来，我们把时间交给他。
【主旨演讲】
袁峰：大家好，我是中国科学院上海天文台的袁峰。
解说：袁峰，天体物理学家，中科院上海天文台副台长，上海天文台学术委员会主任，中国科技大学理学博士。
黑洞是连光都无法“逃逸”的天体
袁峰：今天我给大家讲一讲黑洞的事情。首先什么是黑洞？黑洞是宇宙中一种非常特殊的天体，它的时空曲率非常大，大到连光都无法逃脱。这句话不是太好懂，我给大家打两个简单的比方。我想在座的人很多都有站在地面上扔石头的一个经历，无论你用多大的力气，石头都会落回到地面，原因是因为石头的速度不够大，没有超过地球的一个叫“逃逸速度”。这个“逃逸速度”指的是描述一个天体引力强弱的一种量，它是取决于这一个天体的质量以及它的大小。设想宇宙里边有一种天体，它的质量非常的大，但是大小又非常的小，那么这就意味着它的引力就非常的强，它的逃逸速度如果是大于或者等于光速的话，那么即使天体本来是发光的，光子也逃脱不出这个天体对它的引力的束缚，所以这个天体看起来就是黑的，这就是黑洞。
1980年科学家首次“计算”出黑洞图像
对于黑洞的严格意义上的研究，应该是从1915年算起，那一年爱因斯坦提出来了他的著名的广义相对论。那么第二年一位德国的物理学家叫卡尔·史瓦西（Karl Schwarzschild），他就第一次得到了爱因斯坦提出的场方程的一个严格解，发现了黑洞的一个存在，从那以后科学家们就一直对这个问题进行不断的研究。这张图片就是科学家们计算出来的黑洞的一个照片。这是发表在1980年左右天体物理学的一本杂志上的一个著名结果。
其实远远不止是科学家，很多艺术家们，比方说我们的电影导演们，对黑洞这个话题也是非常感兴趣的。那么现在屏幕上的两张照片就是从著名的《星际穿越》里边拿到的两个关于黑洞的镜头。这两个镜头跟我们现在理解的黑洞已经非常相像了，但是所有这些都仅仅是我们的想象。
观测5500万光年以外的黑洞，相当于在北京看清巴黎一张报纸上的文字
直到最近我们人类才首次得到了黑洞的一张照片。那么再给大家展示这张照片之前，我想首先强调一下，我们科学家对得到这张照片付出了多大的努力。我们这一次观测到的黑洞，它的半径大概有几十亿公里，听起来已经非常大了，但是这个黑洞距离我们地球非常的遥远——5500万光年，意思是什么呢？光每秒钟的速度是30万公里，即使是光也要跑5500万年才能够到达我们的地球，所以距离是非常的遥远。那么我们在地球上观测这一个黑洞的话，差不多就相当于我们在北京要看清楚放在巴黎的一张报纸上的文字，所以你可以想象是非常难的。
“虚拟望远镜”的口径相当于地球直径
科学家们要想给黑洞拍照的话，那么首先需要解决的一个问题就是分辨率。能够看清楚非常遥远的一个天体细节的一个能力，主要是取决于两个量，一个是你观测的波长；另外一个就是望远镜的口径，就是说望远镜有多大，那么这两个因素综合起来考虑，目前我们在地球上的科学家能够达到的最好的分辨率是通过射电望远镜获得的。那么具体到这一次黑洞的观测，我们的观测波长是一毫米左右，然后我们用到的望远镜是把地球上位于不同地方的八个望远镜联合起来一起组成的，那么实际上形成的虚拟的望远镜，它的大小相当于地球的直径，所以非常非常大的一个望远镜。
说到这个射电干涉，我还要提一下，射电干涉观测非常的困难。其中一条，它要求位于地球上不同地方的八台望远镜它们的时间必须要足够的精确，这样的话才能够把不同的望远镜得到的信息信号放到计算机里进行一个叫干涉的处理。那么这些望远镜的时间精确度要高到什么程度？我们必须要用一个叫原子钟的一种仪器来对不同的望远镜进行计时，这个原子钟的精确度相当于几亿年时间，它的误差还不到一秒钟，非常非常精密的一个仪器。
“冲洗”第一张黑洞照片为什么用了两年时间？
第二个难度是拍完了照片以后，要想洗照片也是非常非常的困难。首先它的数据量非常的大，每一台望远镜每一秒钟观测，它得到的数据是4个GB。那么你可以想象这一次是用了八台望远镜，观测了五天的时间，它的数据量有多大，大到什么程度呢？这些数据已经无法通过网络传输到我们的计算机中心对它们进行合成分析了。
这时候我们必须要回到了一个原始的办法，就是每一台望远镜它的观测数据用一个硬盘存起来，然后用飞机运到了分别位于德国马普射电天文所以及美国MIT麻省理工学院的两个地方，用超级计算机对它们进行数据处理。…
