本文發表於《大眾科學》的前部落格網路,反映了作者的觀點,不一定反映《大眾科學》的觀點
想象一下由三架特技飛機組成的編隊。多年來,他們的例行表演已經非常出色。但他們想再增加五、六或七名成員。他們還想將螺旋槳飛機升級為噴氣機,配備定製發動機和數字航空電子裝置。他們計劃在同時進行一年一度的飛行表演(相當於奧運會的資格賽)時,完成所有這些升級和擴建。
這可能不是事件視界望遠鏡 2015年觀測活動的最佳類比,該活動於三月下旬的五個夜晚進行。如果出現問題,沒有人會從空中墜落,變成一團火球。他們不必每晚都完美地完成例行程式。如果他們設法除錯好升級後的、擴大的陣列,並獲得一個晴朗天氣、每個站點望遠鏡都運轉良好的良好觀測夜,那麼這次執行將是成功的。但他們是在一年一度的機會視窗期同時部署新裝置和新望遠鏡。而他們正在為之努力的事件——拍攝黑洞的照片——是非常“奧運”級別的。
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我們暫時還不知道他們是否獲得了那個至關重要的良好觀測夜。但他們肯定做了很多除錯工作。
一些背景資訊:多年來,事件視界望遠鏡一直在夏威夷、亞利桑那州和加利福尼亞州的三個站點執行。(情況比這稍微複雜一些——其他站點也零星加入,實際上在莫納克亞山上有兩臺望遠鏡參與——但基本上,直到今年,EHT 還是一個三角形。)它的目標是對銀河系中心的 400 萬太陽質量的黑洞人馬座 A* 進行成像,這項成就可能對我們理解宇宙產生深遠的影響。為了做到這一點,EHT 需要發展成為一個真正的全球陣列。 這意味著要將以下望遠鏡新增到陣列中:
大型毫米波望遠鏡 (LMT),位於墨西哥普埃布拉附近
阿塔卡瑪大型毫米波陣列 (ALMA),位於智利北部
阿塔卡瑪探路者實驗望遠鏡 (APEX),位於智利北部
IRAM 30 米 射電望遠鏡,位於西班牙
布林高原干涉儀,位於法國
(最終計劃是增加格陵蘭望遠鏡,但它尚未建成,所以我們暫時將其擱置。)
幾個月前,似乎大多數這些望遠鏡都可能參與 2015 年的觀測活動,但這始終是不確定的。 在 ALMA 定相專案——由 EHT 科學家在麻省理工學院海斯塔克天文臺領導的一項大型技術升級專案——完成之前,ALMA 無法加入,而這項工作正在進行中。 直到最近,墨西哥的大型毫米波望遠鏡仍然沒有一個在 EHT 需要的毫米波波長下工作的接收機。 直到一月份,南極望遠鏡也沒有合適的接收機。 陣列中的每個站點,包括 EHT 多年來一直在使用的美國站點,都必須配備新的、高頻寬的訊號處理器和記錄器,能夠吸入大量的數字化光,才能看到黑洞的事件視界。
在短時間內完成如此多的技術工作是很困難的。 而 2015 年 3 月成為硬性截止日期的原因是,EHT 實際上只能每年觀測一次,那時每個站點的天氣(理論上)都足夠好,並且地球相對於銀河系中心的方向也合適。
所以,這就是發生的事情。
在過去的一年中,陣列中的每個站點都進行了一些改造,涉及許多裝滿手工製造的訊號處理器、資料記錄器和其他電子裝置的箱子。
兩座歐洲站點之一——IRAM 30 米射電望遠鏡——參與了觀測,但布林高原干涉儀正在等待一些技術升級,因此它缺席了這次觀測。
南極望遠鏡獲得了它需要的接收機——更多資訊請點選此處——但它無法參與這次觀測,因為一旦接收機安裝並確認執行正常,團隊就不得不將其運回圖森進行升級,以便使其在更高的頻率下工作。(將接收機運到南極,安裝它,然後再打包運回美國進行升級,聽起來可能很瘋狂,但按照南極科學的後勤標準,這顯然是很標準的。 在南極對超導機器的內部進行精細工作並不容易。 此外,由於南極望遠鏡正在進行其他升級,他們無論如何都必須在明年重新安裝接收機。)
APEX 已準備好參與,但其新的 1.3 毫米接收機發生故障,瑞典的製造商無法及時修復以趕上觀測。
由於各種原因,包括 Alma 定相專案仍在進行中,ALMA 沒有加入。
大型毫米波望遠鏡的 1.3 毫米接收機在最後關頭組裝完成。 由馬薩諸塞大學阿默斯特分校的 Gopal Narayanan 領導的 EHT 科學家制造了一個接收機,並在春季觀測之前及時將其運到墨西哥。 他們不得不臨時組裝它的原因是,直到去年年底他們才獲得資金來製造接收機。 將其運到墨西哥花費如此長時間的部分原因是今年波士頓下了驚人的大雪; 天氣延誤了儀器的最終測試和運輸數週。
由於所有這些原因,這次觀測執行主要是一次除錯會話,有兩個目標: 1) 使每個站點的新接收機和記錄器都正常工作,以及 2) 將大型毫米波望遠鏡 (LMT) 新增到陣列中。
向陣列新增一臺望遠鏡聽起來可能不多,但引入 LMT 意義重大。 首先,LMT 非常巨大。 這是一個 50 米的射電望遠鏡,目前已拋光和調整了 32 米的表面,精度足以在 1.3 毫米波長下工作。(射電望遠鏡表面的其餘部分應在明年這個時候完成。) 其次,LMT 是一個墨西哥-美國聯合專案,由墨西哥國家科學技術委員會 (CONACYT) 和包括美國國家科學基金會 (NSF)在內的美國資助者共同資助,恰好位於地球上非常方便的位置。 將 EHT 陣列中的各個望遠鏡想象成行星尺寸的虛擬鏡面上的單個鍍銀點。 你擁有的點越多越好。 但你也需要這些點位於正確的位置; 你不希望你的收集區域出現大孔洞。 而 LMT 填補了一個重要的孔洞。(在天文學家行話中,LMT 填補了 UV 平面中的重要孔洞。)
我飛到墨西哥參加了觀測的前幾天,並在 LMT 度過了幾個晚上。(我很想描述這個奇怪而偏遠的地方的外觀和感覺,但我已經在部落格上講述了一個關於 LMT 的長篇故事,而且這裡有很多內容需要介紹。) 不可避免地,出現了一些問題。 將光線反射到接收機中的鏡子略微錯位,因此當天文學家試圖透過觀察木星來校準望遠鏡時,行星比應有的亮度暗得多——並非所有的光線都到達了接收機。 天文學家透過一個涉及雷射和液氮的複雜程式修復了這個問題。 但還有另一個問題:接收機產生的資料中出現了一種奇怪的擺動。 這種小故障來自接收機內部深處,使得難以“指向”望遠鏡——也就是說,難以將射電望遠鏡精確地對準正在研究的微小、昏暗的物體。 這比鏡面錯位問題要嚴重得多。 天文學家花了幾天時間瘋狂地工作,才找到一種繞過故障並準確指向望遠鏡的方法。
最後,在為期 10 天的執行即將結束的一個晚上,夏威夷、加利福尼亞州、亞利桑那州和墨西哥的站點天空晴朗,故障也已排除。 那晚記錄的資料現在已返回海斯塔克天文臺,一臺超級計算機將在那裡綜合所有資料,並尋找站點之間的共同探測結果。 幸運的是,事件視界望遠鏡將有史以來最接近地觀察到銀河系中心的黑洞人馬座 A*。
一旦相關器產生結果,我將釋出更新。 更多資訊即將釋出……。
