黑洞影像化：下一代EHT是21世纪天文学的革命性协作项目

2019年4月，“事件视界望远镜”(Event Horizon Telescope)EHT)”发表了成功拍摄到位于室女座的椭圆星系“M87”中心部的超大质量黑洞(超大黑洞)的成果，并公开了其图像。对黑洞进行摄像是历史上第一次的壮举，震惊了全世界，这一点记忆犹新。

EHT并不是指单一的望远镜，而是将地球上几千公里外的多个射电望远镜连接起来，组成地球大小的虚拟望远镜的项目。这种方法被称为“超长基线电波干涉仪(Very Long Baseline Interferometer, VLBI)”。史上首次对M87黑洞进行摄像时，由世界6个地方的望远镜共同进行观测。

现在，科学家们瞄准了未来，以制作黑洞的高质量影像为目的的项目“下一代事件视界望远镜：ngEHT”(The next generation Event Horizon Telescope：ngEHT)”。计划将观测点的数量增加到约20处，其中包括新望远镜的建设。如果增加望远镜的话就能得到更准确的信息，就连天体的细小部分都能分辨出来。

这个充满野心的ngEHT项目，在暗示21世纪科学变化的意义上具有划时代的意义。项目不仅是自然科学，还集结了社会科学、人文科学的观点，是第一次大规模的物理学协作。需要技术部门的3个工作小组和科学部门的8个工作小组共计300人的专家团队。

2023年2月，发表了ngEHT的历史、哲学和文化工作小组概述了人文科学和社会科学领域的学者如何从项目的最初阶段开始与天体物理学家和工程师进行合作，具有划时代意义。该报告聚焦于“通过共同形成知识”、“算法和可视化”、“哲学讨论”、“设置负责任的望远镜”这四个重点领域。

以下对对这四个领域进行简单的说明。

“通过共同形成知识”是指“怎样才能让大家很好地合作?”这样的问题。请想象一下300多名成员一起写科学论文的情景。与他人共同写过论文或做过研究的人，就会知道这是一件多么困难的事情。

例如，应该如何决定在论文上发表的内容呢?结论只能刊登所有作者都同意的内容吗?如果是这样的话，发表出来的论文可能就只能是一些老生常谈的东西了。另外，我们应该如何看待支持科学突破的科学家的个人创造性呢?

为了解决这样的疑问，不仅要促进共识，更重要的是要让所有人都能参与其中，共同研究。合作研究成员之间的信念和实践的多样性对科学的进步是有益的。

在“算法与视觉化”中，黑洞的成像是主要主题。给黑洞的图像或影像添加什么颜色的选择最终会受到视觉文化的影响。

EHT于2022年5月公开的银河中心黑洞对应天体人马座A*的图像制作选择了橙色。

事实上，尽管蓝色火焰比橙色和黄色火焰更高温，但为了告诉人们黑洞周围的物质是高温的，人们选择了橙色，这是人们最容易联想到的颜色。

这种研究方法，以提出日心说的著名学者伽利略伽利莱为首，他将早期望远镜和显微镜的观察结果与艺术手法结合起来，让非专业人士也能容易理解。可以说是与托胡克(1)、约翰内斯赫维留斯(2)等人的历史实践相联系的。

1:罗伯特胡克(Robert Hooke,1635—1703)是英国的自然哲学家(科学家)，因为发现了弹性的“胡克定律”，以及用显微镜观察生物，将其最小单位命名为“cell(细胞)”而广为人知。

2:约翰内斯赫维里乌斯(Johannes Hevelius,1611-1687)是波兰、德国的天文学家，因制作了早期的月面图而广为人知。

黑洞的影像对于理论物理学家来说也会引起很大的关注吧。但是，形式上的数学理论和理想的假设行不通的实验世界之间存在着巨大的差距。

关于黑洞的“无毛定理”就是这种假设的一个例子。所谓无毛定理，就是“黑洞只能用质量、电荷、角动量这三个物理量(也就是‘三根毛’)来描述”，它像其他天体一样，由许多复杂的要素(也就是‘毛茸茸’的要素)组成。无毛定理适用于稳定的黑洞，它依赖于最终稳定在稳定状态的假设。

“哲学讨论”有助于缩小数学理论与现实世界之间的差距。对于物理学家对于现象可能抱有的基本假设，哲学家能够考虑到错过真相的风险和犯错的风险等认识论上的风险来斟酌。

“设置负责任的望远镜”也是ngEHT的目的之一。迄今为止，望远镜建设地点的选择是由天气、大气透明度、可进入性、成本等技术和经济条件决定的。另一方面，也有对建设地的地域社会关怀不足的情况。原住民们对预定在夏威夷毛纳基亚山设置的“TMT望远镜(Thirty Meter Telescope,30米望远镜)”的抗议活动就是一个例子。

另一方面，ngEHT在选择新望远镜的位置时，不仅有科学和工程专家，还有哲学、历史、社会学和社区支持方面的专家，他们以包含文化、社会和环境因素的方式使决策过程做出贡献。

像ngEHT这样雄心勃勃的项目需要创新的方法，它将成为一个令人振奋的实例，来证明21世纪的科学是如何发展的。

本文根据墨尔本大学的Sophie Ritson和乌得勒支大学的Niels c.m. Martens在《THE CONVERSATION》上发表的文章“A uniquecollaboration using a virtual Earth-sized telescope shows how science is changing in the 21stcentury(使用地球大小的虚拟望远镜的独特合作，展示了21世纪科学是如何变化的)”为基础进行编辑。