艺术家对黑洞扭曲其周围空间的印象（图片来源：Alainr）

拍摄黑洞是天文学中最独特的挑战之一——你无法简单地将望远镜对准黑洞按下快门。黑洞距离遥远且体积紧凑，要捕捉其细节，需要全球各地分布的多台射电望远镜协同工作，组成一个巨型仪器。关键问题是什么呢？所有望远镜都必须在精确的同一时刻进行观测，并且它们的信号要完全对齐。

这种同步挑战长期以来一直是射电天文学的限制因素。现在，韩国KAIST的研究人员开发出一种解决方案，用精度高得多的激光取代了望远镜传统上使用的电子参考信号。

这项技术以光频梳激光器为核心，这类仪器发出的不是单一颜色的光，而是数万种极其精确且间隔规律的频率。想象一把尺子，上面的每个刻度都是精确的光波长，所有刻度间距均匀且稳定。由于科学家知道这把光梳上每一个齿的精确频率，并且能以原子钟的精度调整间隔，他们实际上拥有了一种完全由光构成的超精密测量工具。

韩国科学技术院（KAIST）机械工程系的金正元（JungwonKim）教授带领了研发团队。他们的创新之处在于，将这些激光梳直接接入射电望远镜接收器，从信号处理的最初阶段就建立起一个共同的参考。这与传统方法有着根本的不同，传统方法依靠电子信号来协调观测。

安装在高精度径向速度行星搜索器上的两台激光频率梳所发出光的光谱（图片来源：欧洲南方天文台）

在较高的射频频率下，电子方法的问题变得十分严峻。随着天文学家为了观测到更精细的细节而努力在更短的波长下进行观测，精确校准不同望远镜之间的相位关系变得越来越困难。电子信号很难保持所需的稳定性和准确性。这就好比当你需要精确到零点几毫米的测量结果时，却只能用一把软塑料尺。

激光方法通过将光频梳直接传输到每台望远镜的接收器，完全避开了这一限制，该系统凭借光自身的基本稳定性实现了相位对齐。该团队通过韩国VLBI网络延世射电望远镜的观测验证了他们的技术，成功检测到望远镜之间稳定的干涉图案。最近，他们将测试范围扩大到包括KVN平昌射电望远镜，证明了该系统能够同时在多个站点正常工作。

这项研究的意义远远超出了黑洞摄影本身。同样的精确计时技术可以实现前所未有的高精度洲际原子钟比对，改进用于追踪地球细微运动的空间大地测量，还能加强对深空探测器的跟踪。

这项研究正如Kim所描述的那样，通过利用光学精度克服了电子信号生成的基本限制。对于希望捕捉黑洞和其他遥远天体更清晰图像的天文学家来说，这是朝着让遥远的射电望远镜像一个超大仪器那样工作迈出的重要一步。

相关知识

黑洞是宇宙中引力极强的致密天体，其引力强大到连光都无法逃脱它的视界。它可由大质量恒星耗尽核燃料后坍缩形成，也存在于星系中心（如银河系中心的超大质量黑洞）。虽无法直接观测，但科学家能通过周围物质的吸积盘辐射、引力透镜效应等间接探测，是宇宙中最神秘的天体之一。

BY: Mark Thompson

FY: AI