人类有史以来第一次看到了银河系中心黑洞的细节，这在以往是不可想象的！虽然这张照片略显模糊不清，但它的确提示了银河系的主宰——人马座A*黑洞的真实形态：如同一个甜甜圈，中心的四周还有三个亮斑，有没有一种“星际之门”的感觉？

银河系中心黑洞的图像

能拍下这张照片，在地球上只有EHT“事件视界望远镜”才能做到。事件视界望远镜其实并不是一台望远镜，而是将分布在世界多地的8座不同波段的射电望远镜观测站联合在一起，共同观测同一个目标，形成了口径相当于地球直径的超级巨大的虚拟望远镜，足以观察到超大质量黑洞在事件视界尺度的结构。

事件视界望远镜的成员：ALMA射电望远镜阵列

为啥要用这么多射电望远镜呢？如果换成大名鼎鼎的哈勃太空望远镜，还有发射不太久的詹姆斯·韦伯太空望远镜，能不能拍到这样的黑洞照片呢？还真不能！因为这两个望远镜工作在可见光和紫外、红外波段，需要使用玻璃或铍制的反射镜片，口径做不了太大。

哈勃望远镜主镜的口径是2.4米，詹姆斯·韦伯望远镜的等效口径是6.5米，就算是还没建成的世界最大口径光学望远镜——欧洲南方天文台的极大望远镜ELT，口径也就是39米左右。几十米口径的望远镜已经是个庞然巨物了，但想看清数万光年以外的人马座A*黑洞却依然是毫无可能！

哈勃望远镜不太可能拍到人马座A*黑洞的细节

这是由于人马座A*的视界直径虽然有2400万公里，但距离我们太远了，足足有2.6万光年。从地球上观察这个黑洞，就如同去看月球上的一个直径几厘米的乒乓球。如果想要使用可见光望远镜看清这个“乒乓球”的话，其实能算出来这个望远镜的口径究竟需要多大。

计算方法就是望远镜的口径D=距离×1.22×可见光波长/物体长度。如果我们选取波长为550纳米，可以很方便地计算出所需望远镜的口径大约是6877米。一个接近7公里口径的大反射镜，而且需要磨到极高的精度，以现在人类的技术能力是无论如何难以做到的。

除了望远镜口径的难题外，星系中央的黑洞往往还被大量的气体和尘埃包围，银心黑洞尤其如此。这些物质会阻挡住可见光，由于我们就在银河系的银盘之内，要观察它需要透过无数障碍物，可见光此时已经无能为力了。这也是多年来我们一直看不到人马座A*黑洞的一个重要原因。

银心黑洞被大量气体包围

为了解决这些难题，科学家想了两个办法，一个是改用射电望远镜。射电望远镜接收的也是电磁波，但是波长比可见光和红外线更长，包括米波、厘米波、毫米波和亚毫米波段，这些波长超过了绝大部分星际尘埃和气体粒子的尺度，可以绕开它们的阻挡而到达地球。

不过既然波长变长了，想要看清同样大小的物体，所需要的口径就更大了。好在射电望远镜就像一个硕大的抛物面卫星天线，可以用金属材料制作，对镜面精度要求也没有光学望远镜那么高，所以能做得很大。像“中国天眼”FAST射电望远镜的口径就做到了500米（但FAST并不是EHT的成员）。

中国天眼FAST射电望远镜

饶是如此，要想看到银河系中心的黑洞，500米的口径还是微不足道。如果用米波、厘米波来观测的话，需要的口径过于庞大，不可能实现，而且波长太长还容易被气体和尘埃散射，图像会更模糊。就算是用波长较短的毫米和亚毫米波，需要的口径也超过了上万公里，这种规模的射电望远镜是根本不可能建造成功的。

然而这也难不倒科学家，他们想出了一种叫做“甚长基线干涉测量”的方法，就是用多个天文望远镜组成阵列共同观测一个天体，模拟出一个大小相当于望远镜之间最大间隔距离的巨型望远镜。这个方法的关键是各台望远镜的时间要同步，于是就给每个望远镜都配备了原子钟，以便实现精确的同步。

如果这些望远镜都在地球上的话，它们之间的最长距离就是地球的直径，即约1.276万公里，不可能再大了。2017年，由8个观测台站组成的“事件视界望远镜”，等效口径接近地球直径，首次对黑洞进行了观测，目标是M87星系中央的超大质量黑洞，还有就是银河系中心黑洞人马座A*。

事件视界望远镜的口径接近地球直径

为什么要观测M87中心黑洞呢？这个超大黑洞的视界直径达390亿公里，是银河系中心黑洞的1600多倍，距离我们5500万光年。单就距离和大小来说，M87中心黑洞观测起来比人马座A*更难，但好在它几乎是正对地球的（仅差十几度），没有银盘的遮挡，反而能看得更清楚。

事件视界望远镜对这个黑洞进行了多天的观测，获得了约3500T的数据。这些数据要经过超级计算机的处理，以矫正电磁波抵达不同望远镜的时间差，并把所有数据做相关综合处理，再经过后期处理和分析。这些数据处理的工作花了近两年的时间，终于在2019年公布了人类首张M87黑洞图像。

M87中心黑洞图像

相比于M87中心黑洞来说，银河系中心黑洞人马座A*不仅“斜”对着地球，而且还随着时间快速变化，不能像前者那样把不同时间的观测数据叠加起来就可以。因此科学家将对人马座A*数据的分析放在了后面，在公布首张黑洞图像3年后，才又公布了人马座A*黑洞的图像。

大家观察这两张黑洞照片能看出，它们的中心是一个比较暗的区域，有点儿像一个“洞”，而四周则包围着明亮的气体物质，M87黑洞的下方比较亮，而上方较暗。人马座A*黑洞则更奇特，周围有三个比较明亮的亮斑。

M87中心黑洞与人马座A*黑洞的比较

我们都知道黑洞是一个质量超大、超致密的天体，以至于连光线都无法逃逸出它的引力，会把靠近它的物质都吞噬掉。人马座A*黑洞的质量大约是太阳的400万倍，M87黑洞则更夸张，是太阳质量的65亿倍。有网友表示：既然连光线都无法逃出黑洞，那我们看到的应该是漆黑一片才对，为什么还能看到明亮的区域呢？

这是因为在星系中央的超大质量黑洞周围，一般都会有大量的气体等物质，但黑洞吞噬物质并不是一蹴而就的！

黑洞吞噬物持并非一蹴而就

每一个黑洞都有一个“边界”，当光线位于这个范围以外的话，就未必会被黑洞吞噬。只有闯入这个范围内的光，才会永远跑不出来。这个边界就被称为黑洞的事件视界，因为在它之内发生的事情，在黑洞外面是永远不可能看到的。前面说的黑洞直径实际上指的就是事件视界的直径。

人马座A*的事件视界大小

而当周围的气体物质被黑洞吞噬时，物质会以螺旋方式下落，形成一个吸积盘。黑洞强大的引力场使得吸积盘中的物质相互摩擦，释放出巨大的能量，使吸积盘变得非常明亮，而且还会形成区域性的亮块。此外，在黑洞旋转轴的两极还会形成速度接近光速的等离子喷流，非常壮观。

而我们所看到的M87黑洞的明亮圆环，还有人马座A*黑洞的“星际之门”，其实都是它们的吸积盘，并且由于黑洞自转和引力透镜的原因，吸积盘会显得一边亮一边暗。真正的黑洞本身是看不到的，它就隐藏在吸积盘的里面。假如一个黑洞把周围的物质全部吞噬完毕，一点儿也不剩的时候，那它就真的完全看不见了，除非通过引力透镜来间接发现它。

黑洞的吸积盘

关于黑洞的奇闻轶事很多，例如既然黑洞只进不出，那么还应该有一种只出不进的“白洞”，但截止目前，还没能证实任何一个“白洞”。还有一种流传很广的说法是：黑洞是连接两个时空的桥梁，掉进黑洞中的物体会进入时空隧道，从而前往另一个世界，就像电影《星际穿越》那样。

银河系中心黑洞的这张犹如“星际之门”的照片，确实能让人产生穿越时空的遐想。那么这种说法到底是荒诞不经的谬论，还是确有一定道理呢？

首先，如果想通过掉入人马座A*黑洞来穿越时空，我看还是死了这条心。因为一个人不太可能完全垂直地落入黑洞，大概率会被裹挟进那个明亮的吸积盘中，那里的温度高到能辐射出X射线，想要生存下来的希望非常渺茫。

黑洞周围的吸积盘和两极的喷流

而如果这个人掉进一个非常非常小的黑洞，这个黑洞的引力场会非常陡，会把人拉成面条状，自然也是活不了。但有那么一种情况就不寻常了：如果恰好是垂直落进一个没有吸积盘的非常“安静”的黑洞，这个黑洞又足够大，引力场比较平缓，那么掉落的过程将会非常有趣。

因为黑洞相当于一个奇点，对附近的时空造成了巨大的扭曲效果，以至于越靠近事件视界，在地球上看来时间就变得越慢，在事件视界上的时间就可以认为“停止”了。

前面说过，在黑洞外面不可能看到事件视界内部发生的事，所以在黑洞外面也就不可能看到一个人进入事件视界的过程。在经过亿万年之后，如果黑洞还存在，我们会看到这个掉进黑洞的人还在往下掉，而且越来越慢，直到地老天荒。

人如果掉进黑洞会发生什么？

但这个人本身的感受与地球上的观察者就大不相同了，他会看到反过来的场景：头顶的宇宙会加速演化，越来越快，多少亿年的进程一闪而过，直到进入事件视界的一刹那，头顶的宇宙就消失了。

至于进入事件视界之后的事情，目前就只剩下猜测，进去的人也不可能再出来告诉别人发生了什么。倒是研究黑洞的超级大牛——2020年诺贝尔物理学奖获得者罗杰·彭罗斯，曾经通过计算得到过一个非常奇特的结果。

彭罗斯可算是这个世界上最懂黑洞的人之一了，他证明了在广义相对论体系中奇点的存在。就是这个大牛，在研究“克尔-纽曼”黑洞时，发现了奇异的现象：

罗杰·彭罗斯

一般来说那种既不旋转也不带电的黑洞被称为史瓦西黑洞，是最简单的黑洞。一个物体如果进了这种黑洞，会继续向中央的奇点坠落，潮汐力越来越大，直至被扭曲压碎。但事实上的黑洞往往并非这种最简单的黑洞，它们有的在自转，有的则带电。进入了这些黑洞的人，并不一定会被奇点压碎。

其中以克尔-纽曼黑洞最为奇特，这是一种既旋转又带电的黑洞。彭罗斯发现在这样的黑洞里存在“类时奇点”，这种类型的奇点并不会阻止一个物体穿过，因此就存在一个时空隧道，这个物体有可能进入另一个完全不同的宇宙，这就带来了时空穿梭的可能性！

时空隧道存在吗？

难道真的可以通过黑洞穿越到另一个宇宙吗？别高兴得太早！彭罗斯又提出了一个“宇宙监督假设”，认为奇点不可能裸露，一定会被事件视界包围，同时还认为类时奇点不稳定。根据这个假设，当外界的物体进入克尔-纽曼黑洞时，会带来扰动，导致原有的时空隧道消失，阻断物体进入另一个宇宙的通道。

相信一定会有网友质疑：你说的这些是不是真的？说实话，探究在黑洞里面到底会发生什么，是一个很烧脑的事情。即使人马君的ID就是人马座A，也想不太明白，以上理论来自一本书，叫作《看不见的星：黑洞与时间之河》（赵峥，清华大学出版社），有兴趣的网友可以自行阅读。

总之，啥时候能黑洞搞明白了，物理学将达到一个全新的高度。

#首张银河系中心黑洞照片公开#