当南、北两极都有了望远镜据点,EHT已模拟出跟地球一样大的望远镜,全球科学家对于观测到黑洞图片这件事变得更有信心。科学家从过去的观测资料了解到,黑洞随时都有可能吞噬它们周围的星体,所以这两个超大质量黑洞的图片应该会变化。此外,黑洞跟一般的星体一样会自转,使得黑洞周围的亮光绕着黑洞转动。
根据理论和有限的观测资料估计,由于人马座A* 的质量比M87小,所以自转速度比较快,可能在几十分钟,到几个小时就会转一圈,而M87 * 大概要几天才能转一圈。
简单来说,M87* 转得比较慢的性质,使它的图片在EHT观测的那几天并没有太大的变化,因此让我们可以在几天内拍到重复、接近的图片,进而洗出能够作为科学证据的黑洞照片。
台湾中研院天文所的黑洞团队在井上允和浅田圭一的带领下,从2012年开始,每年都会经由次毫米波数组或是麦斯威尔望远镜,参加EHT(当时还未正式成立)的观测活动,并参与事后的资料分析。如今格陵兰望远镜已经正式加入EHT,未来的成果值得期待。
全球史上第一张黑洞照片亮相
2018年9月,我在夏威夷希洛的研究室工作,隔壁的同事包杰夫(Geoffrey Bower)某天过来问我有没有看到“图片”。他突然的问题让我愣了一下。“什么图片?”“M87黑洞啊!”回过神来,我知道他指的是什么了。
我跟着他走去他的研究室,看他在计算机上登录到EHT网站,再敲进几个键,屏幕上出现了几张简单的图片,黑色的背景衬托着一抹黄金色的光芒,像一支沾着金色墨汁的大毛笔,在一张黑色的宣纸上画了半个圆圈。
我说我已经看过这些模拟的黑洞图样,我问他:“有什么特别的吗?之前的模拟图片不就是长这样?”。包杰夫回答说:“这些图样不是模拟结果,而是真的观测结果。”
“黑色的背景衬托着一抹黄金色的光芒,像一支沾着金色墨汁的大毛笔,在一张黑色的宣纸上画了半个圆圈”陈明堂如此形容着世界首张黑洞的照片。
杰夫的消息让我内心产生不小的悸动。我的心理第一个反应是:“我们终究慢了一步!”这张M87的图片是2017年的观测结果,那个时候格陵兰望远镜还在加紧赶工中,所以图片中没有格陵兰望远镜的数据。
随着这一丝遗憾而来的是一股巨大的惊奇。这些图片跟理论模拟的相似度,令人由衷佩服人类理性逻辑思考的能力。由爱因斯坦广义相对论推理出来的结果,经过百年来诸多聪明学者和学术巨头的努力,现今终于被我们验证了!一个不可思议的物理现象从此以后真实的存在于人们的知识宝库里。
在感到惊奇之外,我还有一些些超现实的兴奋感。我经手建造的次毫米数组、阿尔玛数组(ALMA),和参与运转的麦斯威尔望远镜,竟然都是解开这个百年谜题的工具,这种似乎只有在学校教科书中才会读到的范例,让我当下充满了一股不真实的感觉。
天大的事,Press Embargo
随着第一张黑洞的图片出现,EHT团队打算一口气发布六篇论文来阐述我们工作的科学与技术内涵。尽管已经有图片了,但要EHT团队中两百多位天文学家同意这六篇论文的细节内容,还是需要一番功夫。
等到确认论文内容的工作尘埃落定,我们决定在2019年4月10日,召开全球连接发布会。并且严格规定在那天之前,不能透露任何关于发布会的内容,更不可以“不经意”的让媒体拿到图片。
在这次全球连接发布会前的一个月,我和松下聪树一起找中研院廖俊智院长开了一次会,向他报告这次发布会的内容和重要性。
我们跟院长说,这次的成果不是一般的国际合作项目。在整个研究上,天文所的研究员担任相当重要的角色。我们有专门做图片分析的专家、有专门研究黑洞物理的理论专家、也有担任团队里科学工作组的召集人、台湾在这个研究上投入了不少的经费。
因此在十三个席次组成的EHT董事会里,台湾就占了两席。我们新建的格陵兰望远镜不仅已经参与观测,甚至是未来这个研究方向升级的指标。
院长听完以后满兴奋,气氛一时热闹起来了!他马上请秘书和公关进来,交代他们这是一件院里的大事,要记得邀请谁跟谁来参加。接着,他就跟我们要求看“黑洞图片”。
松下聪树这位日本同事非常有礼貌的拒绝,说我们的国际团队规定要“Press Embargo”,旁边的秘书小姐小声的问:“什么狗?”“那是我们团队里面,大家互相遵守对成果内容保密的协议;我们不能跟团队以外的人,透露任何即将发布的成果内容。”
我在旁边加了一句:“就是“曝光了你就惨了的协议”。”
M87星系——第一张黑洞图片的家,事件视界附近的光路高度弯曲,使黑洞被放大。中间的暗影是被黑洞吸收的光子行经的路径区域。
2019年4月初,台湾的中央研究院网站出现一则消息,预定在4月10日晚上九点,与华府、圣地亚哥、布鲁塞尔、东京、上海,同步举办科学成果发布会。
科学成果发布会是一个慎重的场合,它是对世人发布重要科学成果的渠道,也是科学家向经费赞助单位交代,并且出名的机会,更是一个国家展现知识力量的舞台。
虽然消息中并没有说明是哪方面的成果,但台湾中研院是这项重大发现的主角之一仍然让人相当振奋。一些媒体开始猜测:
是什么样的科学成果让世界的主要科学机构,愿意共同一起发布呢?
根据国际上的传言,这次的成果跟黑洞有关。有人非常确定是要宣布科学家终于看到银河系的黑洞了;但也有人认为是证实了黑洞不存在,爱因斯坦是错的。小道消息,莫衷一是。消息公布后,引起台湾科学界一阵骚动。
为捕捉第一张黑洞的图片,两百多位科学家必须将全球8个造价数百万美元的天文台串联起来,聚焦数千光年远的一个点-Discovery Channel Taiwan《黑洞猎人》预告证明黑洞存在,然后呢?
科学家们拍到了照片,或许证明了黑洞真实存在于宇宙其中,不再只是科幻小说的情节。
或许有人会问:“是啊!黑洞存在被证实了,那又如何呢?”毕竟M87的超大质量黑洞距离我们5,500万光年,离我们实在太遥远,在我们有限的知识理解范围,这么长的距离完全淡化了它对我们的任何影响,所以觉得这跟人类一点关系都没有。
知识演变成实际应用的转换过程,往往并不是那么的直接,每一项发现不是都能像晶体管一样,能够立刻应用在日常生活中。
例如,当发现DNA双螺旋结构的当下,科学家并不觉得这对未来有何用处。黑洞或许在当下看不到任何用处,说不定未来也不会对人类社会有任何的影响,但是它的存在再次验证爱因斯坦的天才之处,告诉我们广义相对论在宇宙的极端状况下依然正确。
这是一块人类智能增长的奠基石,也是在人类的知识拼图中,填补了一块找寻了百年的重要图块,让我们接下来在探索宇宙、追求新知识的过程中,增加无比的信心。
但这张模糊的照片只是个开端,之后还会有更多探索未知的研究继续往前走,继续照亮人类的知识长廊。台湾也因为这张照片,向世人声明了我们的实力。
在黑洞图片公布之前,丹麦的天文学家就对格陵兰望远镜非常感兴趣,所以贺曾朴特别飞到哥本哈根,与我们的丹麦伙伴一起公布黑洞成果,顺便跟丹麦波耳学院谈接下来格陵兰望远镜的合作计划。
长久以来,格陵兰这块土地就如同丹麦的试验地。丹麦的科学家对于格陵兰的人文、地理、气候、环境有着深入的研究和丰富的知识,特别是如何在格陵兰的冰原上架设工作站,来采集冰层中的冰核。我们想要借重他们在冰原上开发工作站的长足经验,以及经营研究团队的技巧与能力,也期待跟他们的天文学家,一起使用格陵兰望远镜,共同进行天文学上的研究。
这正是科学工作的基本精神:合作和共享,一起解决人类所面对的问题。这是双赢的科学探索,并且在世界政治的舞台上,台湾可添增一位盟国。
当我们可以上太空,可以看见5,500万光年外的黑洞,那么,眼前还有什么挑战,是我们没有勇气面对的?2019年双十国庆蔡英文总统的致词结语
接下来几年我们就会把格陵兰望远镜搬往更北边的峰顶观测站,那里的气温比图勒更低,既没有稳固的地基,也没有丰盛的食物,有的只是未知的挑战。但正如蔡英文总统在2019年双十国庆的致词结语,我们乐观以待。