路如森（右）和趙杉杉正在對影像進行分析研究。 本報記者 袁婧 攝
與老家來上海的父母一起迎來龍年新春，趙杉杉這幾天正準備行李和會議資料，明天她就要飛往日本參加一個學術會議。
作為中國科學院上海天文台黑洞成像研究團隊最年輕的一員，趙杉杉自2020年加入團隊，就樂此不疲地「代表人類探索黑洞」，並透過科普影片、講座、文章，讓更多人對這種宇宙中的神秘天體有更多了解。
就在身邊不少同學、同行堅持不下去，轉身離開這個領域時，趙杉杉感覺自己漸入佳境——這正是上海天文台黑洞成像團隊帶給她的力量，「站在巨人的肩膀上，星辰觸手可及」。過去20多年，這支團隊孜孜不倦地參與國際合作，為人類拍下首張黑洞照片、首次攝下黑洞「全景照」，在國際天文學前沿領域作出上海貢獻，發出中國聲音。
想盡各種辦法只為「看清」黑洞
2019年4月，人類首張黑洞照片公布，那個溫暖如燭光的「甜甜圈」引來了全世界對黑洞這個神秘而冷僻領域的關註。
1915年，愛因斯坦提出廣義相對論，預言了黑洞的存在；直到1970年前後，天文學家才認定星系中心都藏著一個黑洞，並在1974年發現銀河系中心有個「疑似黑洞」的致密射電源。從此，看清黑洞的模樣，成為國際天文學前沿。 時光回轉到1997年，如今已是上海天文台台長的沈誌強研究員剛剛博士畢業。對「看清」黑洞的心馳神往，令他全身心投入其中。「那時要等上20個月，才能有5小時的觀測機會。」沈誌強回憶，由於可用於高分辨率甚長基線幹涉測量（VLBI）觀測的望遠鏡數量有限，他們不得不想盡辦法提高觀測精度，使無線電波的「視線」一步步接近銀河系中心黑洞。2005年，沈誌強領銜國際天文研究小組在【自然】雜誌上發表世界首張3.5毫米觀測波長的銀心黑洞高分辨率影像。
單台望遠鏡口徑不可能無限擴大，天文學家想到透過連線世界各地的射電望遠鏡，組成一台口徑如同地球大小的虛擬「超級望遠鏡」，這促成了事件視界望遠鏡（EHT）國際合作。
2003年從國外訪學歸來，沈誌強致力於推動上海65米天馬望遠鏡的建設，聯合國內學者參與EHT國際合作。終於，在2017年4月，全球六地8個觀測台站共同開展了首次EHT觀測，上海65米天馬望遠鏡和新疆南山25米射電望遠鏡共同參與了EHT的多波段協同觀測。
2020年基礎物理學突破獎頒給了參與EHT合作的347位研究人員，中國大陸學者共有16人，其中有8位元來自上海天文台。
在黑洞成像領域發出中國聲音
在上海天文台的這8位元成員中，河北小夥路如森可謂是學術領域的一位「先鋒」。
在德國科隆大學和上海天文台獲得博士學位後，路如森長期在德國馬普射電天文研究所和美國麻省理工學院從事黑洞成像研究。2018年，路如森攜全家帶著多年研究積累來到上海天文台射電天文科學與技術研究室，「在黑洞成像領域，國內基礎比較薄弱，但我相信，中國一定能在這個領域做出引領性成果」。
現代天文觀測並沒有普通人想象中那麽浪漫。很多世界一流望遠鏡都選址在高原、沙漠，獲取數據除了要熬夜，還要忍受高原反應。路如森回憶起在EHT聯測台址之一——夏威夷麥克斯韋望遠鏡（JCMT）值守的日子：稀薄的空氣令人感到呼吸困難，24小時值守只分兩班，每天還必須將沈重的磁盤扛上機器，不出差錯地安裝上去……
相比觀測值守的艱苦，路如森覺得，打破已有研究的「天花板」，用引領性成果發出「中國聲音」更具挑戰。
回國後，路如森在上海天文台前期工作基礎上，憋著一股勁兒，開展國際最前沿的1毫米波段成像研究。他不僅帶動台內形成黑洞天體物理觀測與理論研究聯合科研團隊，還牽頭幾十名國際同行開展合作。
開發新演算法、回應國外同行質疑，路如森不厭其煩地打磨研究成果。2023年，他牽頭國際團隊首次在3.5毫米波段捕獲M87黑洞及其周圍吸積流和噴流的一同成像，實作給活動星系核「中央引擎」拍攝「全景照」的突破，相關結果發表在【自然】雜誌上。
推動建設中國亞毫米波望遠鏡
EHT聯測獲取的數據量十分驚人。在2017年4月的觀測中，8個台站在5天觀測期間共記錄了約3500TB的數據——如果像看電影一樣不間斷地看，這些數據至少需要500多年才能看完。
為此，數據處理在黑洞成像中起著極為關鍵的作用。讓上海天文台射電天文科學與技術研究室副研究員江悟意想不到的是，自己五六年前搭建的上海天文台處理平台竟發揮了大用處。
「當時，成圖工作群組成員都用個人電腦計算成圖，我用超算平台處理，比其他人快了數百倍。」江悟說，由於黑洞成像需要成圖與校準過程的相互反復叠代，因此超算平台成了最強裝備，上海的這個超算平台連續幾個月滿負載執行。
黑洞照片已經拍到，未來還將做什麽？沈誌強透露，天文學家正在考慮如何為黑洞「拍電影」，看到它大口吞噬物質、射出數千光年噴流的真實活動狀態，觀測波段還將進一步提升到0.87毫米以上。
近年來，該團隊成員已為此多次前往西藏選址，推動實施中國亞毫米波望遠鏡及陣列。「建造中國自己的黑洞‘攝影機’，才能掌握更多科研主動權。」趙杉杉目前擔任著亞毫米波望遠鏡前期專案——5米口徑毫米波測試望遠鏡專案的秘書。去年年底，這台的「大鍋」剛剛吊上座架。春節過後他們又將啟程，向著「看清」黑洞的夢想。
【團隊小傳】
中國科學院上海天文台20多年堅持致力於超大質素黑洞的高分辨率觀測研究，形成了一支高水平科研團隊。近年來，該團隊牽頭大陸學者參與事件視界望遠鏡（EHT）國際合作，共同於2019年在M87星系中心捕獲人類首張黑洞照片、2022年獲得銀河系中心黑洞（人馬座A*）照片，前者獲得2020年基礎物理學科學突破獎。2023年，由該團隊領銜的國際合作小組釋出了M87黑洞的「全景照」。目前，團隊正在為下一代黑洞成像積極推動建設中國亞毫米波望遠鏡。
作者：
文： 許琦敏編輯：錢亦琛
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