天博官方网站中国式现代化奋进者 上海天文台黑洞探索“先遣队”：他们从宇宙深处发出“中国声音”

　　东方网记者沈昊2月12日报道：2019年，一张来自宇宙深处酷似“甜甜圈”的黑洞照片引起轰动；四年后，人类首次“看见”的黑洞有了“全景照”。照片背后是中国科学院上文台科研团队多年的坚持与付出，这支由资深科学家携手年轻人组成的团队聚在一起只有一个目标，探寻宇宙中的人类未知领域。

　　黑洞是宇宙最神秘的天体之一，它具有超强引力，甚至连光都无法逃脱。1915年，爱因斯坦发表的广义相对论预言了黑洞存在，但在很长的一段时间内，科学家都缺少黑洞的直接视觉证据。为了真真切切地“看”到黑洞，全球科学家于十几年前开始筹建一台“超级巨无霸相机”。至2017年，由8个地面射电望远镜组成的观测阵列——事件视界望远镜（EHT）首次开始观测。EHT合作组织是数十家研究机构、数百位科研人员参与的国际科学合作组织，包括中国科学院上文台牵头组织的十多位国内学者共同参与。

　　EHT分别于2019年和2022年共同在M87星系中心捕获人类首张黑洞照片和银河系中心黑洞人马座 A*照片，实现人类对宇宙和黑洞探索取得的重大突破天博官方网站，前者因此获得2020年基础物理学科学突破奖，参与该国际合作项目的300多位研究人员中包含我国大陆学者16人，其中8位来自上文台。2023年，上海天文台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。

　　黑洞面纱被人类层层揭开，东方智慧在宇宙深处闪耀。“科学探索没有终点，只有不断去追求极致。”中国科学院上海天文台台长沈志强告诉记者，“我们积极参与大型国际合作项目，就是为了能发出更多的中国声音。”记者近日走进上海天文台，采访了这支站在人类视界前沿探索黑洞奥秘的“先遣队”，听他们讲述在宇宙星辰中逐梦的故事。

　　中国科学院上海天文台研究员路如森在德国科隆大学和上海天文台获得实验物理和天体物理博士学位后，长期在德国马普射电天文研究所和美国麻省理工学院从事相关研究。2018年，他带着多年研究积累，携全家放弃国外永居，加入上海天文台。他坚信，中国一定能在黑洞成像领域做出引领性成果。

　　回国后，路如森着力开展国际最前沿的1毫米波段成像研究。凭借长期深入参与事件视界望远镜（EHT）等国际合作的经验和优势，他组织起科研团队，聚焦近邻超大质量黑洞与喷流的高分辨率成像研究，推进EHT、东亚（亚）毫米波VLBI等合作，与马普射电天文研究所成立伙伴小组，不仅带动台内形成黑洞天体物理观测与理论研究联合科研团队，还牵头数十名国际同行开展合作，瞄准世界前沿进行攻关。尽管研究结果一度受到国外学者质疑，路如森一边持续打磨研究结果，一边耐心解答同行各种疑问。出成果的过程煎熬又磨人，但路如森认为：“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’。这能了解他人的看法、获得借鉴，让研究结果更严谨。”

　　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，结果发表在《自然》杂志，在全球引发广泛关注。

　　“我们从参与事件视界望远镜的合作，到牵头国际合作完成首张黑洞全景照的拍摄，我觉得还是很有意义的。”在路如森看来，离实现自己的回国初心，未来还有很长的路要走。科学探索永无止境，为了全方位观测和理解黑洞，在空间维度上再解锁时间维度，天文学家计划未来拍摄一部黑洞“电影”。为了在该科学目标中抢占科技制高点和更多国际学术话语权，上海天文台已在推动实施我国毫米波VLBI实验系统建设，同时提出并积极推动在西部地区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。”路如森说。

　　要从地球上看见黑洞，必须使用在亚毫米波段工作的望远镜。亚毫米波天文观测需要干燥的天气环境和稀薄的大气，因此火山口是一个不错的选择。夏威夷有两座著名的火山，一座仍然活跃，另一座是休眠火山，也因此成为天文观测胜地。给黑洞拍照的事件视界望远镜就有两台建在这座火山口。

　　中国科学院上海天文台副研究员江悟有幸去现场参加事件视界望远镜观测，“去那里观测除了高原反应引起的气喘和些许头痛外，印象最深的是虽然在半夜观测，大家都热情高涨，工作时一丝不苟，通力合作。”江悟回忆道，“最大的福利莫过于有时还能在凌晨返回基地的途中见到另一个山头的火山口正喷发着火星，同时见证大自然的神奇和宇宙黑洞的神奇算是都赶上了。”

　　江悟是从技术开发“半路出家”改行做天文研究的，五六年前，他搭建的上海天文台处理机平台在黑洞研究工作中发挥了至关重要的作用。与M87黑洞的成像过程不同，银心黑洞自身“善变”的特性，给校准和成像工作带来了困难。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心黑洞的所有成像参数空间来确认最终成图结果，而这时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。

　　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？根据天文学的星系并合理论，这在理论上是存在的。江悟对此很着迷，也正在和同事一起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。“多频同时接收技术是未来的发展趋势，”江悟说，“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。”目前，江悟正在与国际同行积极开展多频同时接收技术的观测实验。

　　中国科学院上海天文台助理研究员赵杉杉是团队中最年轻的科研人员，她毕业于南京大学天文学专业，从事银河系中心黑洞的理论研究、双黑洞研究等。

　　2017年，赵杉杉加入“事件视界望远镜”（EHT）合作组，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。“EHT合作对于我这样的青年科研人员来说是个很好的平台。”作为青年科研人员，能够接触到的信息量是巨大的，能够切身感受到各个方向、各个层次的科学家是如何思考问题、解决问题的。“我的视野打开了。”赵杉杉这样说道。

　　“对于公众来说，可能看到黑洞照片就足够了，但对于科研人员来说，我们更关心的是黑洞照片背后的物理意义。”对观测数据的理论解释是赵杉杉最为熟悉的环节，但她没有囿于“坐在电脑前推公式、写代码”，为了早日用上中国自己的设备给黑洞拍照，她迎难而上，积极地投入到观测和望远镜技术的新领域。

　　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。”赵杉杉说道。

　　赵杉杉认为，科学家的研究成果更是全人类的成果，让公众“看见”黑洞是一件非常伟大的事。2020年以来，赵杉杉参与近十场科普讲座，其中，与“魔都科学目录”合作发布B站科普视频8个，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。“令人欣慰的是，公众对我们的成果非常感兴趣，总是会对我提出很多问题。”赵杉杉表示，探索未知是人类的天性，“作为专业的探索黑洞未知的‘先遣队’，分享最新成果给大众是我们的责任和义务，也是一种快乐。”