为什么给黑洞拍照需要这么长时间？

herohchn

ovhmhmk

事实上，观测只进行了4-5天，其中两个晚上用来观测银河系中心黑洞Sgr A*，剩下的时间用来观测星系M87黑洞。


然而拍照容易，“洗照片”却很难。8个地方的射电望远镜，平均来讲每台每秒产生8GB的数据，一晚上差不多有1PB（1PB=1000000GB），对于这样的数据现有的互联网传输速度根本跟不上，因此科学家们必须先把数据存到硬盘，然后再空运到美国Haystack天文台和德国马普射电所。
第一排：根据相对论计算的黑洞仿真模型
第二排：根据仿真模型计算出的预期 EHT 观测成像


在这两个研究单位，有数十名数据处理专家仔细地校准数据。然后他们分成四个小组，分别对数据进行校验、生成图像。当然，过程中会生成大量相关的图像，他们必须从中找出最匹配数据的那张；另一方面各个小组之间生成的图像还需要交叉检验，这就像侦探破案一般。这一过程，花了将近两年的时间。
这个项目前前后后经过了几年的准备、观测和对数据处理渲染，最终于今天发布了 M87 星系黑洞的图像。尽管我们看到的图像仍稍显模糊，但我们人类终究看到了真实黑洞的样子，而不再停留在想象当中。在上面的图中我们可以看到，根据相对论进行的仿真建模和仿真图像与真实拍摄到的图像相似程度很高，理论和实际观测相符，这也再一次证明了广义相对论的正确性。




恰巧看到，载自AI科技评论。

yiyee123

因为从望远镜上收集到了大量数据，处理望数据时却用了 Python 程序，而且很可能没用 pypy（笑


（消息来源：GNU GPLv3 At the center of the Black Hole Image - TFiR
（程序源码：achael/eht-imaging 我们可以看到是纯 Python，环境可能是用的 Anaconda，那些库可能用不了 pypy（笑

joy3118

谢邀
这个拍摄原理其实跟光学成像不一样。
而是类似于合成孔径雷达的成像原理。
射电望远镜就是一个完整的合成孔径雷达接收器，再加上地球和黑洞的相对位移，或者利用多个望远镜阵列，就能合成出一张照片。
要拍出高分辨率的照片，有两个要求，一是要求波长越短，二是要求雷达的孔径越高。
此次拍摄其实还考虑到黑洞本身和吸积盘辐射的波段，选取更容易观测到的毫米波。加上阵列直径大约一万多公里，然后拍出来一张模糊的照片，说白了就是分辨率不够。要拍出更清晰的照片，要么就得使用比毫米波更短的波段，要么就是在月球建立射电望远镜阵列，并和地球联网。
其实拍摄一张照片并不是什么难事，之所以用时长，还需要对接收信号进行处理。
合成孔径雷达成像是一种反卷积计算，对计算机性能要求很高。
再加上观测得到的数据量，要计算合成得出结果，需要两年的时间并不夸张。

fanfan_880331

昨天去了上海发布会的现场，同时得知朋友也是200位参与的科学家之一，真的非常激动。
以下内容主要来自这张照片在APJL上同时发布的6篇论文，大家有兴趣可以自己去APJL官网上查看都是开源的，谁都可以下。不过说是letter，但每篇论文都是真滴长。


首先看看参与这张照片的EHT所使用的8个射电望远镜及其位置分布。
说是8个望远镜其实其中的ALMA和SMA是望远镜阵列，论文中表示参与此次观测的ALMA使用了54面口径12米的单口径望远镜和12面口径7米的单口径望远镜，而SMA使用了8面口径6米的望远镜。另外还有GLT望远镜 NOEMA望远镜（12面口径15米的单口径望远镜），KP12M， CARMA, CSO，以及中国的上海天马射电望远镜，新疆南山射电望远镜都参与了辅助观测。
这8个射电望远镜组成一个VLBI（甚长基线干涉测量）阵列同时观测M87，每个望远镜都需要数十个人员参与观测，大家想想组织协调分散在世界各地的这么多科学家进行同时观测是件多麻烦的事情。而且这些望远镜还要做其他科学观测，要安排好时间参与此次观测估计也要安排很久。这次观测所使用的硬件设备也是专门设计的，非常复杂，我随便贴一张图吧（左半边是存储观测数据用的硬盘阵列）
观测之后数据的传输也非常麻烦，此次观测数据量非常大达到了10PB（10240TB），每台望远镜把观测得到的数据记录在硬盘阵列上，由于数据量太大不能用网络传输，是邮寄到数据处理中心的。大家不要觉得邮寄很老土，实际上比网络传输有效多了（知乎上有个类似的问题：传输数据是网络效率高还是卡车运输效率高，结论是卡车效率更高只是延迟大），现有的VLBI网大部分数据传输方式都是邮寄。这个邮寄当然也是比较麻烦的，不过不知道南极的那个望远镜的数据是怎么传输的。
另外就是数据处理，这个应该是最麻烦的，前面提到这8个望远镜的观测要同时进行，这个所谓的同时对时间精确度的要求是极为极为苛刻的，时间同步不好这几个望远镜就不能形成干涉，各自观测的数据就没用。我没仔细看论文不值得具体的精度，但根据以前做VLBI的经验，认为应该达到皮秒量级的精度。要达到这么高精度的时间同步是极为困难的，要同时扣除各种干扰如电离层抖动，大气误差，仪器误差甚至相对论效应（不是非常确定）等等，需要用到高精度原子钟和GPS等复杂的专用设备。数据同步要用运行在超级计算机上的相关机同时回放各路望远镜记录的数据，通过一系列复杂的流程得到干涉条纹。此后就是成像过程也就是我们看到的黑洞照片，同步之后的数据通过二维傅里叶变换等数学过程可以得到一个充满噪声的脏图，然后这些科学家精耕细作去除这些噪声得到我们所看到的这张照片。
当然我没有仔细看论文（实在是太长又有很多专业知识不太懂），以上很多内容是我根据以前粗浅的参与VLBI的经验写的，也许有很多是不正确的。要想弄明白为啥需要这么长时间还是去看论文吧。