銀心黑洞第一次拍攝到！中國天眼世界最大，為何沒用於觀測黑洞？

銀河系中心超大質量黑洞的第一張照片正式公佈，這是人類第一次看到我們自己星系中心的超大質量黑洞。此次拍攝到銀心黑洞的望遠鏡仍然是事件視界望遠鏡（EHT），它曾在3年前拍攝到了人類史上的第一張黑洞照片。

與當年的第一張黑洞照片類似，銀心黑洞照片看起來也像是一個“甜甜圈”。紅橙色的圓圈即為黑洞周圍的吸積盤，其中的陰影就是黑洞真身所在。由於黑洞會束縛住光，所以黑洞本身是看不到任何細節的。

如何拍攝黑洞？

這樣的黑洞照片可能會令一些人失望，與《星際穿越》中的超大質量黑洞看起來相差很多。但事實上，能夠捕捉到銀心超大質量黑洞的照片就已經是重大突破，為了實現這一步，天文學家已經付出了巨大的努力。

銀心超大質量黑洞名為人馬座A*，此前，天文學家已經通過附近繞行恆星的方法，間接探測到了這個黑洞的存在。根據觀測數據，可以推測出人馬座A*的質量約為太陽的400萬倍，距離我們2.6萬光年。

根據愛因斯坦的廣義相對論，人馬座A*的半徑（史瓦西半徑2GM/c^2）估計為1200萬光年。由於黑洞會把光彎曲吞噬掉，我們不可能直接看到黑洞的邊緣（事件視界）。

但由於黑洞憑藉極端的引力，可以把附近的物質拽過來，併吞噬掉。這些物質螺旋掉入黑洞的過程中，劇烈的摩擦效應可以釋放出超高的能量，其質能轉換效率高達42%（恆星的核聚變只有0.7%），所以活躍的黑洞周圍會產生一個非常明亮的吸積盤。

通過捕捉髮光的吸積盤，就能襯托出中間的黑暗區域，那就是黑洞所在。從地球上看來，人馬座A*的吸積盤的直徑估計為52微角秒，也就是0.000052角秒，而一角秒只有1/3600度。因此，這是一個極其微小的物體，為了看到它，需要大到超乎想象的天文望遠鏡。

天文望遠鏡的分辨率取決於口徑，口徑越大，分辨率越高。但光學望遠鏡受限於物理結構，目前在建的最大口徑也只有40米左右。為了觀測到人馬座A*，需要口徑巨大的射電望遠鏡。

這不但是因為射電望遠鏡的口徑可以做到非常大，單口徑可達幾百米，而且波長較長的無線電波，更容易穿透銀河系中的濃厚星際塵埃。由於星際塵埃的阻擋，我們無法在可見光看到極為明亮的銀心，不然夜空看起來將會比現在亮很多。

雖然射電望遠鏡的口徑很大，但由於觀測波長相比長了很多，這其實會讓分辨率下降。為了提升射電望遠鏡的觀測能力，需要利用干涉技術，讓相隔遙遠的射電望遠鏡組成觀測陣列，這樣可以得到一個尺寸巨大的虛擬射電望遠鏡。

事件視界望遠鏡利用位於全球的8台射電望遠鏡，包括位於南極點的南極望遠鏡，位於北極的格陵蘭望遠鏡，位於南美洲的阿卡塔瑪大型毫米/亞毫米陣列。通過甚長基線干涉儀（VLBI）技術，可以得到一台口徑達到1.2萬公里（相當於地球直徑）的虛擬望遠鏡，這就是事件視界望遠鏡。

即便是強大如事件視界望遠鏡，也只能捕捉到銀心超大質量黑洞的基本面貌，更多的細節仍然不可見，與我們通常看到的模擬黑洞照片還差得很多。但就目前人類的技術，能夠直接捕捉到黑洞已經相當不容易了。要知道，廣義相對論預言黑洞存在100多年之後，天文學家才第一次直接捕捉到黑洞照片。

為什麼不用中國天眼（FAST）觀測黑洞？

我們知道，中國天眼（FAST）是目前全世界單口徑最大的射電望遠鏡，直徑可達500米，擁有無與倫比的靈敏度。儘管中國天眼非常強大，但為什麼沒被用來觀測黑洞呢？

中國天眼確實也是射電望遠鏡，觀測的也是無線電波，但波長範圍較長，在1分米至4米之間。而用於觀測黑洞的射電望遠鏡需要更短的波長，最短只有1.3毫米，波長越短才能有足夠高的分辨率。中國天眼不是被設計用於黑洞，它有自己的觀測目標，包括脈衝星、快速射電暴、外星文明信號。

另一方面，為了得到一台口徑巨大的事件視界望遠鏡，幾台望遠鏡需要同時對銀心黑洞進行觀測，中國天眼處在東半球，而且方向是固定的，無法轉向，與另外幾台射電望遠鏡無法協調觀測，白天黑夜互相顛倒。

雖然中國天眼沒有參與黑洞觀測，但我國的天文學家參與了黑洞的觀測和處理，所以無論是銀心超大質量黑洞照片，還是更早之前的M87星系超大質量黑洞照片，都有我國天文學家的一份貢獻。未來，我國計劃建造亞毫米波射電望遠鏡，有望參與銀心黑洞的聯合觀測。

銀心超大質量黑洞會吞噬銀河系嗎？

銀心超大質量黑洞質量巨大，相當於太陽的400萬倍，它的極端引力不斷把周圍的物質拽向深淵。根據廣義相對論，黑洞的質量越大，直徑也會越大。這意味着隨着黑洞不斷吞噬物質，它也會變得越來越大。那麼，未來有一天，人馬座A*會不會吞噬掉整個銀河系呢？

雖然人馬座A*很大，但它的影響範圍非常有限。因為整個銀河系非常大，銀河系總質量為太陽的1萬億倍，這相當於人馬座A*的25萬倍。人馬座A*對地球施加的引力遠遠小於太陽對地球施加的引力，所以地球才會繞着地球轉動，而不會被人馬座A*吸引過去。

雖然太陽以及另外上千億顆恆星都在繞着銀心轉動，但這並不是因為人馬座A*的引力作用，而是整個銀河系共同引力作用的結果。銀河系的共同質心所在之處被定義為銀心，而人馬座A*恰巧處在銀心。

當然，人馬座A*處在銀心中並非偶然，因為幾乎所有的星系中心都有一個超大質量黑洞，必然有某種機制讓星系中心出現一個巨大的黑洞，只是目前還不清楚究竟是什麼原因。

未來，人馬座A*不會吞噬掉整個銀河系，它只會吞噬掉附近有限範圍內的物質。待到那些物質消耗殆盡，人馬座A*也會隨之趨於平靜。如果沒有繼續吞噬物質，人馬座A*將會自發變小，因為黑洞存在霍金輻射，本身會不斷損失質量，經過漫長時間之後，黑洞將會從宇宙中蒸發殆盡。