云栖科技评论第99期：给黑洞拍张照，总共分几步？

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　　 这张照片，距离爱丁顿远征西非观测日全食，验证爱因斯坦的“质量确实可以令时空弯曲”，整整过去了100年；距离惠勒第一次提出黑洞（Black Hole）这个名词，过去了52年。人类对黑洞是否存在的疑问，在长达一个世纪的探索之后，终于获得了圆满的答案。

　　 那么，听起来酷酷的“给黑洞拍张照片”这件事，总共分几步？

　　 第一步，准备“相机”。给黑洞拍照的关键是“保证望远镜足够灵敏，能分辨的细节足够小，从而能保证看得到和看得清”，这意味着“望远镜的口径需要像地球直径大小”。因此，全球超过200名科学家达成了EHT这一重大国际合作计划，利用位于多个不同地方的望远镜在同一时间进行联合观测。

　　 第二步，选定目标。在拍照设备能力有限的情况下，要想拍摄到黑洞照片，必须找到一个看起来角直径足够大的黑洞作为目标。经过一系列条件的筛选，科学家们确定了目标——质量巨大，达到了60亿个太阳质量的M87中心黑洞。

　　 第三步，调试相机。如同观看电视节目必须选对频道一样，对黑洞成像而言，能够在合适的波段进行观测至关重要，因此科学家们经过研究认为，观测黑洞事件视界“阴影”的最佳波段约为1毫米，与此同时，为了增加空间分辨率看清更为细小的区域，科学家们特在此次进行观测的望远镜阵列里增加了位于智利和南极的望远镜。

　　 第四步，正式拍摄。拍摄从北京时间2017年4月4日EHT启动开始，于美国东部时间2019年4月11日最后的观测结束，整个拍摄过程共历时2年。值得注意的是：为了确保信号的稳定性，事件视面望远镜利用“原子钟”（一种计时装置，精度可以达到每2000万年才误差1秒）来确保望远镜收集并记录信号在时间上的同步。

　　 最后一步，冲洗照片。在观测结束之后，各个站点收集的数据被汇集到两个数据中心，在那里，超级计算机通过回放硬盘记录的数据，在补偿无线电波抵达不同望远镜的时间差后将所有数据集成并进行校准分析，从而产生一个关于黑洞高分辨率影像。这一步的关键，是女科学家凯蒂·布曼（Katie Bouman）提出的补丁优先化连续高分辨率图像再现算法（也称为Chirp算法），该算法能够让所有拍摄照片正确地拼接在一起。

　　 总的来说，成功拍摄黑洞照片有两个关键：1、通过“原子钟”的准确时间相连， 各地的研究团队通过收集上万千兆字节的数据来定位光线，从而精准确认拍摄图片的边界；2、开发一种既可以找到最合理图像，又能使图像符合望远镜所测量信息的算法，即补丁优先化连续高分辨率图像再现算法。最终，基于这两个“金刚钻”，EHT计划的科学家们利用“地球尺寸的拼图游戏+原子钟的时间相连”成就了这次“甜甜圈”的世纪观测。这同时也是一次“平台协作+算法加持+算力支撑”的典型示范。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　阿里云研究中心 崔昊

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