为什么给黑洞拍照需要这么长时间？

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我主要关注到的是这些对黑洞事件视界信号的稀疏数据成像过程中，数据的处理和成像的算法实现要花费很长很长时间。
与此同时，科学家们也在不断地修正提升自己的统计推断模型和优化算法，并且马普研究所和MIT实验室之间还进行了严格的结果比对。
另外很重要的一点，数据量实在太大。有一个细节，据说5天的观测就累积了差不多3500TB的数据，最后都是装到硬盘里物理运输到数据中心的（量太大没法在线传）...具体的数据处理和计算都是在超算集群行完成。
简单来说，基于VLBI的动态源稀疏图像重构基于这样一个动态模型：

我们可以利用下图来简单理解这个动态成像模型。在一个离散的时间区间 中，我们观察到基于图像 的带随机误差的信号 。我们认为 和相邻的图片 是相似的（同一分钟内黑洞图像的变化不会很大），然后图像在整体时间轴上的动态变化就由矩阵 来刻画。
动态成像模型图示
训练算法的思路是，将图像 和 一齐当作隐变量（记观测信号 ）！这边的一个关键的式子就是将后验分布写成

其中我们用 代表利用从时间 到 得到的对 的期望和协方差的估计，而用 代表利用从时间 到 得到的对 的期望和协方差的估计，它们是可以下图所示的步骤更新的（类似神经网络训练中的back propagation， 是 的Jacobian矩阵）。
backward更新步骤
然后我们就需要基于实际的海量信号数据对这个模型进行训练（EM算法）了，这个步骤非常不简单...
对整个成像问题来龙去脉感兴趣的同学，也欢迎参考我的这个更详细的回答：
人类首张黑洞照片正式发布，有哪些重要意义？

YYYLLLYYY888

楼宇庆：哈佛大学物理博士（1987年），国家基金委海外杰出青年学者，教育部长江特聘教授，清华大学物理系教授、清华天体物理中心和清华-国家天文台联合天体物理研究中心教授。曾在美国国家大气研究中心的高山天文台和高等研究项目部、阿拉斯加大学地球物理研究所和芝加哥大学天文与天体物理系从事太阳物理、空间物理和天体物理等相关领域的流体和磁流体研究工作，分别主持和参与过美国和中国的多项科学研究项目。
球对称的静止黑洞有一个“事件视界”（event horizon)，也称Schwarzschild半径。在其内的物质和光子都无法逃逸出来，所以称为“黑洞”。长期以来，我们一直通过黑洞与周边的物质和辐射场的作用（例如常常提到的吸积盘）来推测黑洞的存在及估计其物理参数。轴对称的旋转黑洞（Kerr解）有其相应的“事件视界”，基本物理理解同上。旋转黑洞附近时空会被严重弯曲拖曳，快速旋转的吸积盘物质的电磁辐射在此弯曲时空中传播成像。人们可以通过此类模型的参数调整拟合与观测到的吸积盘物质的电磁辐射像来获取黑洞“事件视界”的轮廓像。我们是在这个意义上“拍摄黑洞”或称“看”到黑洞的。
EHT(Event Horizon Telescope) 选择银河系中心和室女系M87中心这两个“事件视界”半径最大的黑洞作为首要目标，其中M87距我们有5000多万光年之遥，其成像难度比距我们2.6万光年的处于银河系中心的黑洞大很多。
EHT在毫米波段运用的甚长基线干涉阵列技术(Very Long Baseline Interferometry--VLBI)有非常高的角分辨率，又因为有十多个毫米波望远镜和阵列的共同参与，EHT的灵敏度空前地高。EHT的角分辨率可以用1毫米（观测波长）来除以1万公里（约地球直径）来大致估计，即百亿分之一。银河系中心的黑洞和室女系M87 (Messier 87, also known as Virgo A or NGC 4486)中心的黑洞都属于所谓的超大质量黑洞(Supermassive Black Hole -- SMBH)，前者是400万太阳质量，后者是64亿太阳质量。Schwarzschild半径Rsch=2GM/c^2，这里G是万有引力常数，M是黑洞质量，c是真空中的光速；故太阳质量对应的Schwarzschild半径约是3公里。请注意，Schwarzschild半径与黑洞质量M成线性比例。EHT选择较近的超大质量黑洞作为首要目标是自然合理的。再注意，5000多万光年与2.6万光年的比值约2000。64亿太阳质量的超大质量黑洞与4百万太阳质量的超大质量黑洞的比值约1600。故两个黑洞看起来大小差不多。这就是为什么EHT同时选择这两个目标进行观测。
在这次EHT的观测中， 我们想象有吸积盘，吸积盘有辐射，里面有黑洞，黑洞或许还是旋转的，会极度拖拽扭曲时空，周边的吸积盘可能是以相对论速度在转，辐射出来的东西现在能看到的只是毫米波段的，最终能看到光子在扭曲的时空里怎么走。这个模型里有很多参数，比如黑洞质量、吸积盘离黑洞的距离、吸积盘质量、吸积盘大小、吸积盘往外延伸多远、吸积盘是否平整，甚至吸积盘里等效的粘滞系数等一系列的参数都不是很确定。但无论如何，我们构建一个模型，有些参数相对更可靠一些，有些差一点，然后根据参数成像。参数需要反复调整，最后据此制造一个模型的像，使之跟望远镜的像相近。那么会不会有其他参数也能成同样的像？原则上有可能，同一个像有可能对应着几种不同的参数，参数不一样图像就不一样，意味着数据分析的结果并不惟一。但可以根据其他一些因素进行分析，最终推测是否只有某一种最为合理。如果结果不那么惟一，理论家之间就会对模型有所争执，但仍旧会根据已知的信息判断哪一个更为合理一点，日后有条件再进行独立验证。有些研究的结果听起来是非常合理的，比如Hans Bethe的热核反应，计算和理论预计吻合得很好，但是都涉及模型的构建问题。
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《返朴》，致力好科普。国际著名物理学家文小刚与生物学家颜宁联袂担任总编，与几十位学者组成的编委会一起，与你共同求索。关注《返朴》（微信号：fanpu2019）参与更多讨论。二次转载或合作请联系[email protected]。

咪亚

人类首张捕捉到的黑洞照片。
第一个问题，人类怎么照的？
Answer：各国科学家在地球上几个不同的板块共建造了八台超大的射电望远镜，并创造了一个可以让八台望远镜相互一起协作的VLBI系统，外加强大的后期数据处理分析能力。这八台望远镜共同协作的能力可相当于一个像地球那么大的望远镜，就通过这些，人类捕获到了第一张黑洞的picture。当然，和你心里想的一样，等未来有更多的超大射电望远镜加入这八个的阵营，通过VLBI系统，可以获得更清晰的黑洞本尊的照片啦。
Question Two，黑洞连光都可以吸收，那照片里那一圈红色的东东是什么？是黑洞的边界吗，还是什么？
Answer：众所周知光啊、天体啊、气体啊等等都可以被黑洞所吸收。那一圈红色的东东并不是来自光，而是黑洞将周围的气体吸收掉，在此过程中气体散发的强烈辐射。
第三个问题，既然红色的东东是由气体产生的，那也就是说最中间黑色的部分就是黑洞了吗？
回答：并不全是。中间黑色的部分看起来很小，但其直径有大概1100万千米。可想而知是多么大的一个空间了。而我们真正的黑洞还在那个黑色部分的里面，意思就是黑色部分和红色圈圈交界的地方并不是黑洞的边缘。
中间黑色的部分还是人类的未知空间。中间黑色区域的结构到底是什么样子的还在等人类去探索！相信未来会有更清晰的照片和更权威的理论来揭开黑洞的秘密！

bigocean

我觉得这个视频解释不错！！！但是是英文的，我从youtube上面搬运的


https://www.zhihu.com/video/1100166784216338432

pAxvOHtH

https://www.zhihu.com/video/1099628564504195072
2017年，一架地球大小的望远镜将有史以来第一次尝试给一个黑洞拍照，它所获得的图像将会造就或者打破我们已知的物理学定律。
在南极广袤的冰原上有一面射电天线在转动，在智利海拔近5千米的沙漠中另一面天线则在扫描天空。与此同时，位于美国加利福尼亚州、亚利桑那州和夏威夷以及墨西哥和西班牙的天线也在接收来自宇宙的信号。尽管它们彼此间隔遥远，但这些射电天线却一同构成了一个大胆的计划——一架大小与地球本身相当的望远镜。这是事件视界望远镜。
这堪称是一场史无前例的黑洞“摄猎”，共有近百名科学家、工程师和技术人员参与其中，调动了散布于全球9个天文台的力量。事件视界望远镜由位于四大洲的射电望远镜所组成，图中的黄色线条为连接这些望远镜的“基线”，由此构成了一架和地球大小相当的望远镜。
图片版权：EHT。
普通的黑洞是大质量恒星死亡的遗迹，它们的质量从数倍到数十倍于太阳不等。但黑洞的质量绝不限于此，在星系的核心处潜藏着数百万到数十亿倍于太阳的超大质量黑洞。虽然质量巨大，但黑洞却是宇宙中最致密的天体。这一极端的致密程度使得黑洞具有了令人难以置信的超强引力，能够扭曲其周围的时空结构。在某一个确定的点上，黑洞的引力会强大到连光也无法从那里逃逸。因为那里的时空曲率会达到极端的数值，所有逃逸路线最终都会直接“折返”回到黑洞。
给黑洞拍照的原理正是如此。黑洞本身不可见，但借助围绕黑洞周边的吸积盘效应就可能被观测到。在强大的引力作用下，黑洞周围会环绕着许多物质，物质旋转陷入黑洞时会发光发热（产生电磁辐射），通过观测这些物质运行的轨道就可以推算黑洞的位置和大小。
类似于拍照时使用的单反镜头，其口径越大，分辨率越高。本次观测超大质量的黑洞主要是联合全球多个射电天文台的观测仪器，构建一个口径等同于地球直径的“虚拟”望远镜，借助这个超大望远镜直接观测黑洞边缘的图像，这在之前是很难做到的。
电影《星际穿越》中黑洞视界附近的计算机模拟图。
在此之前，人类并没有在真正意义上拍摄过黑洞的照片，电影《星际穿越》中有一张非常震撼的照片，是因引力波探测获得诺贝尔奖的基普·索恩带领团队耗费一年时间模拟出来的。