在4月10日晚上9點左右，我們收到了來自世界上的第一張黑洞照片，那是來自M87星系中心的黑洞。

沒有想到，黑洞原來是甜甜圈！（說蜂窩煤的我不聽）

甜甜圈本身擁有超強的引力，在其周圍，時空都會被扭曲，所有的世界線（粒子在四維時空中的運動軌跡）都會流向甜甜圈中心的奇點中，包括光。

在光都能被吞食的甜甜圈面前，我們是如何拍到這種景象的？

雖然光也會被甜甜圈所吞食，但在一定距離下（大概是2.6個史瓦西半徑），光能夠靠近甜甜圈邊緣的軌道運行，轉(zhuǎn)一個圈再出去。而這次照片中所呈現(xiàn)的黃光就是這樣形成的。

此外，甜甜圈周圍會有物質(zhì)掉落，而掉落的過程中會發(fā)生大量碰撞，從而發(fā)熱發(fā)光，這圈物質(zhì)被我們叫做吸積盤。塵埃與氣體在這個吸積盤里以極高的溫度雜亂無章地在里面打轉(zhuǎn)，其速度甚至是光速的幾分之一，因為引力的原因，這些物質(zhì)有一部分會被甜甜圈所吞食，隨著時間的推移，甜甜圈也漸漸變成更大的甜甜圈。

同時在甜甜圈的兩極還會出現(xiàn)大量物質(zhì)噴射，從而形成很強的輻射，我們把它叫做噴流（圖中藍(lán)光），這些東西也都是可見的。

其實，這次觀測的甜甜圈一共有2個，分別是M87星系（圖中左側(cè)）和人馬座A*（圖中右側(cè)）中的甜甜圈。顯然，廣為流傳的更多是M87，為什么沒有那么多人說人馬座A*呢？

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從圖中就可以看出，因為人馬座A*的甜甜圈不太爭氣，長得不如M87家的好看。但人馬座A*離地球只有大約2.6萬光年，而M87星系離我們有5300萬光年，離我們近的甜甜圈反而拍得不清楚，這又是為什么呢？

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事實上，人馬座A*的黑洞雖然離我們很近，是銀河系中心的超大質(zhì)量甜甜圈，但相對M87還是小了很多，質(zhì)量只有太陽的400萬倍，而且也沒有這么活躍，只會周期性吞食物質(zhì)，還會隨著時間而變化，所以看起來不像M87這么好看。

那甜甜圈的照片又是怎么拍到的呢?

首先要明白一個概念，光學(xué)分辨本領(lǐng)的極限。

由于望遠(yuǎn)鏡的半徑是有限的，光通過望遠(yuǎn)鏡的時候會發(fā)生衍射現(xiàn)象，直白的說就是糊了，口徑越大分辨的角就越小，粗略估算是0.61*波長/直徑。這次我們選擇了相對受到星際塵埃的影響比較小的毫米波，口徑按10米算，大概分辨本領(lǐng)能到1秒（1度的60分之一）。

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而我們能分辨的最小大小是角度*距離，大約是1光年，而這個黑洞的視界大小只有太陽的20倍，也就是說我們最小的分辨本領(lǐng)是甜甜圈大小的近百萬倍。然而我們的觀測的一個對象是人馬座A*附近的甜甜圈，在銀河系中心，距離我們約2.6萬光年。所以我們是不是可以洗洗睡了？那M87中的超大甜甜圈，距離我們5300萬光年，估計更要涼了？

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然而，作為真正的學(xué)習(xí)者是要學(xué)會查文獻(xiàn)的！

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第一，我們用了一個更厲害的技術(shù)。我們利用分布在全球幾大洲的8個毫米波望遠(yuǎn)鏡組成干涉陣列，每時刻至少有兩個在不同地方的兩個望遠(yuǎn)鏡同時在看，當(dāng)我們能精確知道兩個望遠(yuǎn)鏡之間的相對運動時，就可以讓個望遠(yuǎn)鏡的信號發(fā)生有效干涉，簡單說我們相當(dāng)于把望遠(yuǎn)鏡的直徑擴(kuò)大到了地球這么大，大概大了幾十萬倍。

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第二，我們并不是要看黑洞視界，而是看周圍的吸積盤。這玩意可比視界大多了，就像臺風(fēng)眼和周圍的風(fēng)暴的關(guān)系一樣。

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當(dāng)你逐漸學(xué)到智（tuo）者（fa）行列時，你會考慮一個更深刻的問題：我們?yōu)槭裁匆刺鹛鹑Γ繛槭裁匆o它拍照？

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首先，我們并不需要用甜甜圈的照片來驗證廣義相對論（我們之前已經(jīng)驗證無數(shù)次了），我們想驗證的是黑洞吸積盤的理論。這代表了我們的觀測技術(shù)又有了一個不大不小的進(jìn)步。但是為什么要搞得像新聞發(fā)布會一樣，全球直播呢？

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這是個好問題！讓大眾能偶爾關(guān)注科學(xué)，關(guān)注科學(xué)工作者，這就是一件極度重要的事情。

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當(dāng)然，眾多競賽老師們也會因此獲得更多出題的靈感，看來相對論的題目可以延伸到甜甜圈方向了

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溫馨提示：競賽黨的要求是能想到最后2步。

參考資料：

[1]?https://youtu.be/zUyH3XhpLTo

[2]?http://youtu.be/S_GVbuddri8