凝视虚无：我们见证人类史上第一张黑洞“相片”，但究竟我们在看什么？

1609年冬，时值文艺复兴，伽利略攀上圣乔治马焦雷教堂的钟楼，用他自制的望远镜凝望高挂夜空的月亮。伽利略不但爱好天文，也对艺术有深入理解。经过几个月的仔细观察，擅于明暗对照法（Chiaroscuro）的他绘制出人类史上首批月球的雕板图像。他的雕板勾勒出月球的光阴对比，纪录了月的阴晴圆缺。更重要的是他的著作《星际信使》消除了前人对月球的误解。

在伽利略的时代，大众普遍认为月球上的阴影，是月球本身颜色不均匀所造成，就如皮肤上的雀斑。但伽利略的图像显示月亮表面凹凸不平，而阴影就是太阳照射月球表面的结果。自此，一名科学家在高处透过望远镜观测夜空的画面，成为了大众对天文学家的刻板印象。

伽利略的月球表面图革新了天文，除了是因为他丰富的天文科学知识，也多得他对明暗对照的认知。文艺复兴时期的画家对透视和明暗对照的研究，对伽利略观测月球以及后来得出月球表面凹凸不平的结论，两者有否有直接关连？实在无从稽考，但明暗对照这种技法的确赋予伽利略从平面中展现出月球立体地型的能力，而大众也因为这种技巧的普及，能从平面中拆解出立体的图像。

这种对图像的认知是双向的。透视和明暗对照就如一种语法，又或是一种语感（Sprachgefühl），我们需要一种对图像的基本认知，去分析出蕴含图像之中的信息。对图像本质的认知直接影响我们对世界的认知，这也是为什么我执着于这张黑洞“相片”的本质。失去了这种语法，无论所看到的影像多么先进，我们也无法从中抽取信息，情况就如以中世纪的眼晴去看文艺复兴的画作。

随便在网上搜一搜“黑洞”，图像之多，可能早已令人对黑洞影像产生冷感，而对人类史上第一张黑洞“相片”不以为然。从技术层面上来讲，至今无论是太空总署还是天文网站所发布的黑洞“图片”全部都不是“真”的。它们不是电脑绘图，就是电脑模拟器所运算出来的图像。事实上，为这个黑洞影像配上一个名词更是一个难题，因为为其下定义就必然引发出一连串本体论的问题。

首先，我们即将看到的并不是一张照片，至少它不是大众文化中所认知的照片。黑洞之所以称为黑洞，是因为进入了事件视界（Event Horizon）的事物无法逃出黑洞的重力，因此在视界外观察视界内的任何事物，它们会从我们的视界中消失。其重力巨大到连光子也被吸进去，也就是说黑洞内是绝对的黑。没有光，哪来照片？

题目中姑且用相片一词，再加上引号，就是尝试点出这张黑洞图像与传统相片的差异。这是因为笔者实在词穷，找不到更好的中文词汇。中文多用照片或相片来形容透过摄影技术产生的图像，两者在日常语境中几乎同义。若是硬要分辨两个词语，我会这样定义：“照片”比较具体直接，是透过一般相机按下快门所产生的影像，影像与镜头前肉眼所见的几乎相同；而“相片”则较为抽象，是指与被摄对象有指示性（indexical）关系的图像，它不一定由相机拍摄，它不一定看起来像被摄对象，但却必须因为被摄对象的存在而产生的，例如：实物投影（Photogram/Rayogrphy）和多重曝光（Mutiple exposure）。“相片”锁住了被摄对象的“相”，我们或者可以借用英文的“photographic”（摄影性的）来形容相片。

第一张黑洞“相片”是电脑运算出来的。2017年4月4日，由众多国际天文团队组成的事件视界望远镜（Event Horizon Telescope）“拍下”位于M87星系特大质量黑洞的图像数据。芬兰Metsähovi射电望远镜台长Joni Tammi解释，最大的挑战不是收集数据本身，而是研发出电脑程序加以分析得来的数据，再运算出一个视觉影像，成为一张“相片”。最终这张“相片”用了全球顶尖天文学家加上超级电脑花了近两年时间运算出来。“曝光”时间虽然不及Michael Wesely的长曝作品长，但绝对可称得上史上最费时费工的相片之一。

跟我们想像中的天文学家形象不同，他们不再目测银河，而是谈“波频”和“数据”。不知不觉间，天文望远镜不断进化。十九世纪发明的巨形反射望远镜改善了聚光，让天文学家可以看得更远。及后，射电望远镜的出现为天文带来革新。利用无线电波，望远镜超越可视光的限制。无线电波能够穿透大气层及宇宙中的星尘，窥探离地球更远的星体。

因为技术发展日新月异，不断继续向其他的电波波频发展，天文影像也超越了视觉的限制。所以与其说天文影像是“相片”，其实它更像是一幅数据图。网上常见色彩斑斓的银河图片多数都是根据不同滤镜所收集得来的数据，再后制上色而成的。Tammi告诉我，在射电望远镜天文台的同事之间他们大多都以“聆听银河”而不是“观察银河”来形容自己的工作。

Tammi比喻射电望远镜是一个“扫描器”。天线会收集一个指定范围内来自宇宙的无线电波，天线逐一扫描，将所收集的信号强度转换成影像中一个像素的光度。因此，用一个射电望远镜所得来的影像，是由多个在不同时间拍下，不同光度“像素”所组成的影像。可想而知，单单一枝射电望远镜并不能捕捉运转中的星体，所“拍下”的天文影像用途有限。不过，只要将多个射电望远镜同步化，同时运算来自位于世界不同地点的望远镜所收集得来的数据，科学家就可得出一幅高清的图像。这种技术被称为极长基线干涉量测术（Very-long-baseline interferometry），也是事件视界望远镜成像的理论基础。

科学家同步化分布全球各地的八个射电望远镜，同时收集来自特大质量黑洞的电波。利用极长基线干涉量测技术，精确地将同一时间录得的讯号“重叠”，放大所接收的电波，清除多余的杂讯，以取得足够的解析度拍摄黑洞，情况就如以地球直径般大小的巨型虚拟望远镜凝视星河之外的黑洞。一个射电望远镜每秒收集约几GB的数据，在2017年完成“拍摄”之后，将来自各个望远镜存有庞大数据的硬碟，以飞机运送再集合，单是回收南极射电望远镜站的数据就花了六个月。Tammi表示由于这次所收集的电波频率比一贯要高，科学家团队需要发展出一套新的方程序来运算所收集的数据。经过两年时间收集、运算和核对数据，我们好不容易才得出眼前这张黑洞影像。

不知道本文发布的时候，你是否已经看过人类史上第一张黑洞“相片”。看到那个瞬间，能否感受到眼前影像的不思议，又或启发你对黑洞的好奇心。但无论如何，宇宙之大，人类竟可“拍下”一张离地球5500万光年远一个巨形黑洞的相片。这在我看来，无论你是用哪一种眼睛观看，都是一个奇迹。