给黑洞“拍照”的科技含量

原标题：给黑洞“拍照”的科技含量

由射电望远镜观测到的M87黑洞新图像。

2019年，中国科学院上海天文台和国际合作伙伴共同发布M87黑洞“照片”。这是人类历史上首幅黑洞图像。

近日，他们再次公布M87黑洞新图像。与之前的图像相比，新图像显示出更多细节，更为清晰。

给黑洞“拍照”的“相机”，并非我们一般概念中的望远镜，而是接收无线电信号的射电望远镜。

光和无线电本质上都可视为电磁波，两者区别主要在于波长不同。人肉眼可感知的光波长度在380纳米～750纳米间，我们也将这一范围内的光称为可见光。而天文学家所关注的无线电波段，波长在1毫米到几十米之间。这些无线电信号在天文学里有一个特别的名字——“射电信号”。

射电天文学的诞生，源于一次偶然。1932年，美国贝尔实验室工程师扬斯基在进行短波通信干扰源研究时，发现一个来源奇特的信号源。经过反复试验和分析后，扬斯基认定，该信号源并非地球上的发射装置，而是宇宙中的遥远天体。自此，天文学家才认识到天体射电信号的存在，并在这一波段上加以研究。

大部分射电望远镜的外形，和我们日常接收卫星信号的“大锅”天线相似，主体是一个抛物面形的反射面。无线电信号通过反射后，汇聚在望远镜焦点的接收装置上，再输入到望远镜后端的分析记录仪器中作进一步分析。射电望远镜一般都装配有能调整指向的机械装置，以驱动射电望远镜指向不同天体，还可跟踪天体，保持持续观测。

在天文观测中，望远镜对物体细节的分辨能力，与波长和望远镜口径相关。由于射电信号波长比可见光信号波长高出不少，因此射电望远镜的口径也要相应扩大，才能保证分辨能力不降低。同时，波长增加后，对望远镜镜面精度的要求会随之降低，也为制造更大口径望远镜提供了可能。目前，最大的可动射电望远镜口径已达110米，比光学望远镜口径大不少。

有一类特殊的射电望远镜，依托天然低洼地形修建，口径可做得更大。美国于上世纪60年代在波多黎各修建的阿雷西博射电望远镜，口径达365米，一度是世界上最大的射电望远镜。在我国的500米口径射电望远镜FAST建成并投入使用后，“世界之最”已属FAST。

特别值得一提的是，分布于不同位置的射电望远镜，还可进行联测，形成一个等效口径更大的望远镜，能进一步提高观测的分辨率。M87黑洞“照片”，就是通过全世界不同地区的望远镜联测得到的。此时望远镜的等效口径，与地球直径大小相当。

既然射电望远镜接收的是我们肉眼看不到的信号，那为何又能拍出“照片”呢？实际上，射电望远镜的“杰作”体现的是信号强弱起伏。在对信号进行可视化处理时，信号更强的地方给予更亮的视觉效果，用美观的颜色进行着色后，就变成了直观照片。

作者：李会超