第一张黑洞照片公布在即，先来了解一下这照片是怎么拍的
图片来自电影《星际穿越》
4月1日的消息，欧盟委员会（The European Commission）， 欧洲研究理事会（European Research Council），和视界面望远镜（Event Horizon Telescope， EHT） 联合宣布，将在4月10日举行联合新闻发布会，向世人展示视界面望远镜突破性 （Groundbreaking）的重大研究成果。
你们是知道的，4月1号的新闻，都不太敢相信。但是这个新闻看起来越来越像真的了。
比如Science杂志，现在的新闻头条还是昨天发布的一篇新闻稿《Here’s what scientists think a black hole looks like》，找来了一位研究黑洞20多年的学者聊黑洞。
图片来自其官网
同样参与EHT项目的主要机构——智利的阿塔卡马大型毫米波阵(Atacama Large Millimeter Array，ALMA)望远镜，在他的官方网站上依然醒目地提醒着吃瓜群众，4月10号晚上记得看直播。
图片来自其官网
这么说来，北京时间4月10日晚上9点，可能人类“拍”到的第一张黑洞照片就要公布了。
为了做一名有知识、有内涵、有逼格的吃瓜群众，几个基础问题先在此交代一下。
1. 黑洞是电影里那个样子么？
记得小时候看科普书，要么把黑洞画成一个洞洞，要么把黑洞画成一个光秃秃的黑球，然后旁边再画一条曲线，说：
看，光经过黑洞的时候都会变弯...
谢天谢地，有了《星际穿越》这部电影。里面的黑洞“卡冈图雅”让观众第一次觉得黑洞的颜值还不错...
图片来自电影《星际穿越》
但是让物理学家说起来，电影里的这个效果图也不严谨。它被认为几何上是对的，但物理上是错误的，因为它忽略了吸积盘的物理性质和多普勒频移效应...
大概物理学家觉得，具备了吸积盘、喷流等等特征，而且厚度合适，各种效应合理的才叫黑洞...
具体的示意图如下图，巨大的恒星黑洞（100个太阳的质量）卷积着从旁边星球吸来的物质，然后这些被吸来的物质围着黑洞旋转，相互摩擦发光发热...
至于黑洞本身，被这些发光的物质环绕，留下了一个黑影，这就为人类给它拍照留下可能。
图片来自参考文献1
虽然人类没见过黑洞，但是人类有爱因斯坦，有他的广义相对论，而且我们有笔、有纸、有计算机，可以计算可以仿真啊。
于是40年前（1979年），就有学者（Jean-Pierre Luminet，以下简称Luminet）就通过计算机计算，然后用白纸黑笔，徒手画出了这么第一张黑洞的效果图。
图片来自参考文献2
虽然后续陆续有很多天文学家也尝试画出黑洞的样子，但是仍然有两个问题萦绕着这群天文学家们：
（1）黑洞谁也没见过，无图无真相，不知道画的对不对；
（2）要是万一爱因斯坦他老人家错了呢？广义相对论错了呢？
所以，黑洞的照片还是要拍的，即使当时拍不到，但梦想还是要有的，万一实现了呢？
2. 拍哪个黑洞？
其实跟我们要拍照片一样。第一个问题其实是，拍谁啊！
由于人类也是第一次想着给黑洞拍照，所以还是不要自己难为自己的好。所以选择拍摄对象的标准有两个：第一不要太小，小了不好找；第二不要太远，远了拍（测）不到。
于是，有两个对象进入大名单：
（1）黑洞Sgr A*，质量相当于400 万个太阳质量，距地球2.5w光年；
（2）黑洞M87*，质量相当于60 亿个太阳质量，距离地球再远一些；
而EHT项目的目标是，这老哥俩一起拍了！
3. 用什么望远镜拍？
确定好拍谁，第二个问题就是用啥拍？
毕竟俩黑洞离得那么远呢，毕竟望远镜直径就这么大，毕竟分辨率达不到，拍了也等于白拍...
于是，天文学家计算了一下，这个难度无异于用一台望远镜给月球表面的一个橘子拍照片...
换算一下，如果要给黑洞拍照，就得拿个地球直径大小的望远镜！！
Mission impossible!
图片来自TED演讲，演讲人 KATIE BOUMAN
但是活人不能让尿憋死。如果一个摄影师一台摄像机做不到，那么一群摄影师，n台摄影师可不可以呢？
于是，全球八个亚毫米射电望远镜拉了个小群商量了一下，觉得这事儿能干！
于是把群名改成了“视界面望远镜EHT项目组”，群主是召集人麻省理工学院 MIT。
他们的计划是，几个望远镜分别联合，组成“视界面望远镜”。
图片来自参考文献1
毕竟不是把望远镜铺满地球表面，所以就需要一些干涉技术、数据处理技术等等，相当于在拍照时得到一个相当于地球直径大小的射电望远镜的数据。
至于为啥没中国，首先望远镜的级别要达标，其次这几个望远镜相互之间要联网。
爱因斯坦说，没有两个表的时间是一致的，所以这八个望远镜，其实是联网共用了一个表的时间...
4. 拍摄参数有讲究么？
下面就是拍摄的细节了，比如你要设置相机的曝光时间、光圈大小什么的。
但是，要拍黑洞不讲究那么多，对着拍就好了，还必须使劲拍，能拍多久是多久...唯一要讲究的是拍摄时间。
准确来说，应该是抓拍时间。
天上的天体在转，地球也在转，必须等到大家对上眼的那一瞬间，用视界面望远镜抓拍一下，否则就转过去了...
这一瞬间，是2017年的4 月5 日至10 日，整整拍了5个晚上...
5. 后期如何修图？
拍个黑洞也要修图滴，别看它黑。
其一，与其说是拍照片，实际是测了一堆数据，必须要做可视化处理；
其二，这个数据非常非常非常地大...5个晚上一共测了4千万亿字节的数据=1024TB*4；
所以，工作量之巨，居然要花两年来修图...
正所谓"拍照5晚上，修图用两年"...
同时，萦绕着科学家的那两个难题又出现了，因为这不是瘦脸、拉皮的从有图到优化的修图，而是从无到有，根据数据做图...
所以你咋知道你做的图对了？地球上没人知道这图对不对...
于是，科学家们运用了一个小学奥数的技巧——使用不同的解题思路，验证结果对不对。
简单来说，用算法1处理5晚上的数据，然后用算法2处理5晚上的数据...用算法n处理5晚上的数据。
如果几个科学的算法之间，结果差太多，那得到的图像可能不可信；而不同算法反复验证如果得到同样的结果，那就说明这个结果可信了。
于是，这样一来，黑洞的第一张照片就呼之欲出了。
6. 有没有预计结果？
虽然目前还没有公布黑洞照片，但是科学家们已经有了自己预测。
在Science新闻稿中，法国天文学家Luminet就预测黑洞M87*可能会得到更为清晰的图像。
至于具体的样子，他认为黑洞M87*的照片，应该和Jean-Alain Marck 在1989年用计算机模拟的差不多。
各角度的黑洞来自参考文献2
好了，先说这么多了，4月10日晚上一起看直播！
参考文献1：《视界面望远镜:为黑洞拍下史上第一张“照片”》，苟利军、黄月，2017年11期
参考文献2：《Here’s what scientists think a black hole looks like》
参考材料3：TED演讲，演讲人 KATIE BOUMAN