首张黑洞照片是怎么拍出来的？

电影《星际穿越》中，黑洞“卡冈图雅”可能是许多人记忆里最震撼的一幕。

这部电影强烈建议在大荧幕上观看，当“卡冈图雅”出现时，你会看到巨大的黑洞占据银幕中央，周围明亮的环带快速旋转，随着主角的飞船越来越靠近，仿佛要落入宇宙中一个看不见底的深渊。

虽然电影进行了艺术化呈现，但黑洞“卡冈图雅”并非完全脱离物理基础。它的视觉效果也源于真实的光线追踪计算，是广义相对论的一个直观演示。

电影中“卡冈图雅”所带来的震撼感，归根结底其实来自一些更普遍的问题：

* 现实世界中到底有没有黑洞？

* 如果有，它又是什么样的？

* 在没有光的前提下，我们又凭什么相信它存在呢？

这些问题，是理解黑洞科学的入口，也是《不可抗拒的引力》（The Irresistible Attraction of Gravity）这本书里所讲到的内容。

书的作者是著名天体物理学家卢西亚诺·雷佐拉教授，他本身是研究致密天体的专家。

在书中他用通俗方式解释了黑洞的核心结构：事件视界、吸积盘、强引力效应下弯曲的光线。让读者理解：黑洞的“外貌”其实来自物理过程，而不是艺术想象。

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黑洞“真实”存在吗？

今天我们谈起黑洞，往往会把它当作宇宙里本就应该存在的天体。但在科学史上，它的存在其实经历了漫长的怀疑期，因为黑洞的概念最初不是来自观测，而是来自数学。

1915年，爱因斯坦建立了广义相对论，描述引力不是“拉力”，本质是时空弯曲。一年后，史瓦西给出了第一个“黑洞解”，但当时几乎没有人认为这种解对应真实的天体。即便是爱因斯坦本人也不相信黑洞会在宇宙中形成。

直到20世纪中叶之后，大量的观测逐渐积累了一些“间接证据”，才让科学家不得不重新审视黑洞存在的可能性：

比如超新星后的恒星坍缩无法被正常压力支撑；某些双星系统表现出强烈的X射线辐射，却看不到发光天体；星系中心存在质量异常巨大的“暗物体”，对周围恒星产生强引力约束；以及2015年首次探测到引力波...

等等这些线索逐渐指向了黑洞是一个真实存在的天体。但仍有一个关键问题：黑洞不发光，人类无法直接看到它。

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如何给黑洞“拍照”？

2019年，首张超大质量黑洞照片横空出世，这既是天文学史上的标志性时刻，也提供了黑洞存在的直接“视觉”证据。

不过需要注意的是，这张“照片”并非直接用相机拍出来的，而是来自不同望远镜的“观测结果图像”。

那么拍出这张照片有多难呢？

首先要知道，黑洞自身不发光，我们拍的是其实是“被弯曲的光”。

因为黑洞内部完全黑暗，所以图片上我们看到的亮环其实来自吸积盘中的高温物质发出的射电辐射。

同时黑洞产生的强引力效应会使光线弯曲，此时周围会形成一圈又一圈的光路，而在光路中间的“阴影”区域，也就是图像中央的“暗洞”。

因此，黑洞图像并不是“黑洞长这样”，而是“在强引力场附近可观测到的光分布长这样”。

其次，由于地球没有足够大的望远镜，所以只能造一个“虚拟望远镜”去观测黑洞。

而要分辨一个几乎在银河外的细小阴影，至少需要相当于“地球大小”的望远镜。人类无法制造这样巨大的实体设备，于是就有了EHT（事件视界望远镜）项目。

EHT的办法非常巧妙，它运用了甚长基线干涉（VLBI）技术，也就是把全球不同地点的射电望远镜同步起来，让它们像一个超大望远镜一样工作。

这样一来，就能得到海量的观测数据，然后就是庞大的数据处理工作，为避免人为偏差，EHT把数据交给多个团队分别处理，互相之间不交流，中间不允许看到对方的结果，确保得到的图像是跨团队一致、可重复的结果。

最终呈现的黑洞照片虽然“模糊”，但它包含了很多有效信息：

* 黑洞的质量可以推算；

* 不对称性可以定出黑洞的自旋方向；

* 事件视界“阴影”的大小符合广义相对论预测。

值得一提的是，卢西亚诺·雷佐拉教授也是EHT计划领导者之一，他在《不可抗拒的引力》书里为我们揭开了首张黑洞照片的幕后故事。他重点强调：黑洞影像不仅是技术成就，也是对广义相对论在强引力场区域的一次重要验证，更是一个科学意义远大于视觉意义的成就。

03

引力为何仍吸引我们？

回到更基础的问题：为什么黑洞影像如此重要？

雷佐拉教授在书中给出的回答其实很简单：黑洞把引力推到极限，而引力是理解宇宙结构的基础。

书中反复强调一个关键点：引力不是传统意义上的“力”，而是时空的几何属性。

举个例子，我们知道行星围绕太阳旋转，但其实并不是“被拉着转”，而是行星在弯曲的时空里走最省力的路径。

这也是广义相对论重新定义“引力”的关键：它告诉我们，只要存在质量，时空就会弯曲，而物体只是顺着这张被拉伸、压缩、扭转的时空膜自然前行。

而黑洞的意义就在于：它把时空弯曲放大到极端，让我们能够测试理论的边界。

对此雷佐拉教授在书里回顾了过去百年来的引力研究与历史背景，其中黑洞是不可或缺的重要章节，读完这本书，你会更理解二者之间的联系。

作为一本了解引力、黑洞、引力波等概念的入门书，雷佐拉教授并没有在书里放过多的公式，他的写作特点是“把复杂过程拆解，但也保证准确性”。

因此非常适合那些对宇宙问题有兴趣、但未受过专业训练的读者。

首张黑洞影像并不是终点，而是一个起点。随着仪器升级、算法改进、更多望远镜加入EHT，我们可能会看到更清晰的黑洞图像，也可能发现新的物理现象。

书名：不可抗拒的引力

‍♂️ 作者：[意] 卢西亚诺·雷佐拉

翻译：李歌星

出版社：湖南科学技术出版社·原力

内容简介

引力的谜团已吸引人 类数百年。 但究竟什么是引力？它又是如何运作的？这本引人入胜的书将带你深入探索引力物理中奇异且常常反直觉的世界。跟随著名天体物理学家卢西亚诺·雷佐拉教授，踏上这场虚拟旅程，走进爱因斯坦的引力世界；每一座里程碑都将呈现引力更加迷人的面貌。通过轻松易懂的方式，你将逐步接触时空弯曲、广义相对论等概念，发现引力物理中最奇特的现象——黑洞、中子星和引力波。作者还讲述了近年来最震撼的科学成就之一：首张超大质量黑洞照片的问世。作为参与这一成果的关键科学家，雷佐拉将为你揭开这张照片背后的幕后故事，让你了解物质和光在黑洞附近究竟会发生什么。

一审：周洋

二审：李蓓

三审：孙桂均