这个“摄制组”要造中国自己的亚毫米波望远镜，拍人类首部黑洞“电影”

上海天文台黑洞成像研究团队仿佛一个特殊的“摄制组”，20多年来，一直积极参与并推动超大质量黑洞的高分辨率观测研究，牵头大陆学者参与事件视界望远镜（EHT）国际合作。

2019年，共同在M87星系中心捕获人类首张黑洞照片↓

2022年，又捕获了首张人类所居的银河系中心黑洞照片↓

为黑洞存在提供了直接“视觉”证据，从强引力场的角度验证了爱因斯坦广义相对论。

2023年，领衔国际合作发布了M87黑洞的“全景照”，给黑洞和周围环境拍摄“全家福”，引发国内外极大关注。↓

这些看似平平无奇的橙色光晕，凝聚了EHT项目来自全球300多名研究人员的心血，更包含了中国科学力量。

“摄制组”在近日分享了黑洞照片背后的故事，并透露对黑洞的观测研究脚步从未停止，造中国自己的亚毫米波望远镜、拍摄人类首部黑洞“电影”，是他们未来的追求。

老平台立新功，黑洞现真容

在银河系中心黑洞首张照片这项工作中，上海天文台牵头组织协调大陆学者参与EHT项目合作的观测、理论研究、数据分析等多个研究方面。

与M87黑洞的成像过程不同，银河系中心黑洞自身“善变”的特性，给校准和成像工作带来了困难，也提出了新的挑战，对银河系中心黑洞的成像过程更是一波三折。

而让江悟意想不到的是，自己在五、六年前搭建的上海天文台处理机平台可以派上用场。

当成图工作组成员都是用个人电脑计算成图时，江悟就用这个超算平台以快上大家百倍的速度获得了图像。校准，是为了补偿各望远镜在观测中产生的误差项，而成图是从校准好的数据中反演黑洞图像的过程。

由于EHT台站分布“稀疏”，相当于各台站相互独立，这也就增加了校准和成图运算的“自由度”，使成图结果变得不唯一。

成图与校准过程往往需要相互反复迭代。在经过几轮反复成图后，大家觉得有必要遍历银河系中心黑洞的所有成像参数空间来确认最终成图结果，而这种超算平台成了最强装备。

在上海的这个平台也因此成功领到了一轮接一轮的成图处理和算法迭代优化任务。连续几个月都满负载运行，直到最后有其他平台陆续参与进来，才稍作停歇。

在黑洞成像领域发出“中国声音”

我回国，就是想把国内黑洞成像研究推进到国际先进水平。”

2018年，路如森带着多年研究积累，携全家放弃国外永居，加入上海天文台。他坚信，中国也一定能在这个领域做出引领性成果。

一回国，路如森就憋着一股干劲儿，瞄准世界前沿进行攻关。研究过程并非一帆风顺，出成果的过程煎熬又磨人，好在功夫不负有心人，“现象级”重磅成果频出。

2017年，路如森与合作者对位于M87星系中心和银河系中心的两个超大质量黑洞开展了首次成像观测，并分别于2019年、2021年和2022年在M87星系中心成功捕获人类首张黑洞照片及其偏振图像以及银河系中心黑洞的首张照片，取得天体物理领域的重大突破。

2023年，他牵头国际团队完成对M87黑洞及其周围环境的成像研究，首次在新波段捕获该黑洞的照片并对黑洞周围的吸积流和喷流一同进行成像，实现给活动星系核的“中央引擎”拍摄“全景照”的突破，在全球引发广泛关注。

路如森认为：

科学需要辩论，已有研究的‘天花板’需要打破，更要发出‘中国声音’。”

搞研究、造望远镜、做科普，“多边形战士”迎难而上

从2017年至今，赵杉杉亲历了M87黑洞照片和银河系中心黑洞照片的合作研究过程。如今，她已成为团队里的“多边形战士”，不仅从事理论研究，还更加积极地投入到观测和望远镜技术的领域中。

我以前以为做科研就是坐在电脑前推公式、写代码，从来没想过可以参与建设望远镜。”

为了早日用上中国自己的设备给黑洞拍照，她迎难而上，投入完全未知的新领域。

观测波长越短的射电望远镜建设难度越高。大部分的射电望远镜的工作频段在厘米波段，而给黑洞拍照的望远镜需要做到毫米波段，甚至亚毫米波段，这对望远镜的制造工艺和工作环境都提出了非常苛刻的要求。

由于亚毫米波在穿过大气层时会被大气中的水分子吸收，亚毫米波望远镜需要在干燥的高原地区建设。为此赵杉杉跟随团队去西藏进行考察，寻找合适的站址。

人的适应力都很强的。在海拔四千多米的地区，一开始说两句话就要吸氧，但过几天就能跑了。”

此外，团队还在上海松江地区建设了一台5米口径的毫米波望远镜，进行技术验证。

谈及“督造”望远镜的工作，赵杉杉说：

为了保证进度，我拿着小本子四处‘督工’，还去了工厂。望远镜的每个零件都要精益求精，任何一个小螺丝的松动，都会影响到最后的结果。”

科学家也要积极做科普。2020年以来，赵杉杉已进行了近十场科普讲座，与“魔都科学目录”合作发布B站科普视频8个，来介绍黑洞成像研究及相关的最新研究成果，累积播放量32.7万。

我们的成果不仅仅是科学家的成果，更是全人类的成果。我希望通过我的介绍，让公众感受到‘看见’黑洞于人类而言是一件非常伟大的事。”

更多黑洞照片在路上，未来将拍黑洞“电影”

目前，天文学家们已经得到两个超大质量黑洞的图像。那么接下来是否可以看见两个相互绕转的超大质量双黑洞呢？

天文学家们并未停止观测研究的脚步，EHT的持续扩展和技术革新将使得科学家可以分享更引人注目的照片。

上海天文台台长沈志强说：

拍摄一部银河系中心黑洞的‘电影’，是下一代EHT的追求。”

黑洞并不是静止的，它每时每刻都在和周围环境相互作用，因此不同时刻看它，它是不一样的。拍摄“动态黑洞”将在空间维度上再解锁时间维度，让人们能够全方位地观测和理解黑洞。

目前EHT的望远镜分布不足以实现“电影”的拍摄，需要更多望远镜的加入。在路如森看来，为了在下一步给黑洞拍摄“电影”的研究中抢占科技制高点和更多国际学术话语权，就要有我们自己的观测设备。

为此，他已推动实施了我国毫米波VLBI实验系统建设，同时提出并积极推动在青藏高原建设亚毫米波望远镜及阵列并发展相关观测设施。

只有建设我们自己的望远镜，才能掌握更多科研主动权。”

江悟也正在和同事一道努力推进亚毫米波望远镜的建设，特别是多频同时接收技术的研发。

它能够探测更弱的信号，这样天文学家们就有望观测到更多黑洞图像，同时也发现更多的双黑洞。”