建造全球性望远镜
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建造全球性望远镜
寻找望远镜和资金
没有望远镜的天文学就像没有乐器的交响乐团。要用全球干涉仪拍一张简单的照片，至少需要五架望远镜，分布在不同的位置。十架会更好。但问题是，怎样才可以搞到它们？在21世纪初，根本没有足够的这类望远镜，那些已经存在的望远镜由于缺乏资金而面临关门的威胁。期待已久的新望远镜建造计划也被推迟。对于我们这个雄心勃勃的项目来说，事情是棘手的[153]。
计划中，主宰该领域的“800磅大猩猩”将是智利的阿塔卡马大型毫米波阵列（ALMA）。这是一个全球项目，耗资10亿欧元，由欧洲、美国、日本三个地区共同建设。这个巨大的望远镜由66个口径达12米的独立天线组成。整个网络加起来将具有等效于80米望远镜的测量灵敏度和16千米望远镜的图像分辨率。早在写关于黑洞阴影的文章的时候，我们就很清楚ALMA将是这样一个横跨世界的实验中的决定性的王牌。因此，带有ALMA的VLBI是我们愿望清单上的首要项目[154]，而ALMA的科学家们也很快就有了和我们一样的打算[155]。但这个ALMA的建设被推迟到了2011年，进行VLBI看起来也不那么有希望了：“我们没有钱来实现你的项目，但我们会确保它不会成为不可能。”这还是我收到的最有希望的回复。
2003年在奈梅亨的拉德堡德大学的开学演讲中，我谈到了我捕获黑洞图像的梦想，以及为何对宇宙的了解越多，我们就越能意识到自己的局限性。一家荷兰报纸的标题写道我在“敲响地狱之门” [156]。我喜欢这句话。
2004年，我们离地狱之门又近了一点。杰夫·鲍尔与我和其他四位同事合作，成功地用甚长基线阵（VLBA）[157]在长毫米波段对银河系中心进行了到那时为止最好的VLBI测量。这些数据终于具有了足够的精确度，使我们可以通过计算抵消图像中由银河系中的热气体造成的模糊现象。我们第一次看到了射电源的真实尺寸，就像我们的模型所预测的那样，它随着波长的缩短而变小，由此类推，最短的波长实际上应该来自事件视界边缘。千真万确，在黑洞近邻区域发出的光确实是毫米波。德意志新闻社（Deutsche Presse-Agentur）援引我的话说：“三十年后，在射电望远镜的帮助下，迷雾终于被揭开。”
同年，美国西弗吉尼亚州绿岸天文台的射电天文学家们庆祝了一个周年纪念日[158]。正是在这里，在1974年，整整30年前，首次发现了人马座A*的踪迹。在一个庄严的仪式上，我们为纪念这一发现的牌匾揭幕。当晚，我即兴组织了一个特别的活动，参加揭幕式的科学家聚在一起，听谢普·多尔曼、杰夫·鲍尔还有我谈论人马座A*的阴影以及我们将使用的测量技术。最后，我请大家投票：现在进行这种努力的时机是否已经成熟，还是说不确定性仍然太大？观众的回应很明确。在场的大多数专家都相信应该摄制黑洞的图像，现在剩下的只是真的去拍到它。
研讨会结束后不久，我邀请多尔曼和鲍尔参加了一系列远程会议[159]，共同推进实验。我想，我们需要全球性的合作，像粒子物理学家喜欢组织的那种合作。在项目中，谁也用不着当独行侠，工作的计划、实施和发表都会由许多研究人员共同合作完成。实验、数据分析和建模都会被整合到同一个项目里。
我们已经明确制定了我们的科学目标。我们想在一个有针对性的实验中证明或推翻我们的假设。就像粒子物理学家寻找希格斯粒子一样，我们也在寻找黑洞的阴影。那个影子或是就在那里，或是不在。我们只想研究一个天体，但研究它需要整个世界的力量。然而，使整个世界联手并非朝夕之事。
麻省理工学院（MIT）的海斯塔克天文台是VLBI研究的领先中心，坐落在波士顿附近富有田园风情的树林中。那里正在开发新的硬件，使其能够同时存储比以往多得多的数据。谢普·多尔曼在那里推动了这个项目。他在麻省理工学院读完博士之后，来到波恩做了一段时间的博士后，那时我们匆匆见过一面。回到美国后，他又在海斯塔克天文台工作。多尔曼可以使用夏威夷、亚利桑那州和加利福尼亚州的四台望远镜，手头至少可以组建一个小型网络。就像我一样，他想做第一轮测试实验。
与此同时，我正在LOFAR射电望远镜工作，先是作为项目科学家，后来又担任委员会主席。我获得了关于大型物理实验和国际合作的运作方式的一手体验。此外，我也在继续研究银河系中心，并参与了一些VLBI实验。但是，在荷兰使用毫米波望远镜的机会不多。我不得不等待ALMA。
多尔曼小组首先继续在他们的三个观测点使用四台望远镜。2006年，他们将所有的天线同时对准了银河系中心。起初的结果并不理想，但在2007年，他们成功地在波长为1.3毫米的频段进行了测量，并在一年后自豪地展示了这一成果[160]。天文学家还不能得到图像，但已经能够在最短的波段里确定人马座A*的大小，精确度比10年前的克里希鲍姆实验高得多。确实正如人们所期望的，算上阴影和光环部分，人马座A*的大小和预测完全一致！我兴奋异常，由衷地欢呼——理论再次得到了证实。只差阴影还没看到！
多尔曼在美国卖力地拉赞助，我在大西洋的另一边也做着同样的尝试。对于募集大笔资金，你需要大量而广泛的支持。2007年，欧洲天文学家首次就天文学的未来编制了一份联合战略文件[161]，我们的阴影实验被列入其中。从此，我们的想法被正式确认为欧洲未来十年的重要科学目标之一，而同样的事情稍后在美国也会发生。在那里，一个美国的十年计划，即《Astro2010：天文学和天体物理学十年调查》（Astro2010: The Astronomy and Astrophysics Decadal Survey），以“天文学和天体物理学的新世界和新视野”这个动人的标题面世。
就在《十年调查》公布之前，多尔曼在加州长滩的美国天文学会（AAS）年会上组织了一次研讨会，我被邀请参加。研讨会的目的是争取对美国的十年计划的广泛国际支持。
在一次茶歇时间，我与多尔曼和丹·马罗内坐在一起。马罗内当时在芝加哥，后来搬到亚利桑那州。在过去的几年里，我越来越意识到良好的营销在我们这种规模的大项目中是多么重要，即使是在科学领域也是如此。但迄今为止，我们甚至没有一个与众不同的项目名称。除了一些书呆子之外，谁会真正对“亚毫米VLBI阵列”有什么想法呢？“现在是改变这种状况的时候了！我们需要一个有吸引力的名字。”我对大家说。我提议叫它“事件视界阵列”。经过热烈的讨论，我们同意采用“事件视界望远镜”这个名字，简称EHT。一个名称、一个符号、一个品牌诞生了——事实又一次证明，茶歇时间有时能比长达数天的演讲催生更多的行动和进展。
后来，一些与会者发表了十年调查的战略文件[162]。其中，我们的项目首次以新名称“事件视界望远镜”正式登场。
现在在美国涌入了更多的资金。与此同时，波恩的射电天文学家也进一步深入参与新的VLBI实验，使用着西班牙和法国的IRAM望远镜，以及智利的新APEX望远镜。2011年，荷兰的好消息也到来了。在一个美丽的初夏，我接到了约斯·恩格伦（Jos Engelen）的惊喜电话。他是欧洲核子研究中心（CERN）的前首席科学家，现在是“荷兰科学研究组织”（NWO）的负责人。我们通过我在天体粒子物理学方面的工作相识。“请坐下来。”他开始说道。惊讶之余，我站了起来。“亲爱的海诺，我打电话是因为我想亲自告诉你，你因为在LOFAR和黑洞可视化方面的工作而获得了今年的斯宾诺莎奖。”他郑重地说道。诚然，这听起来相当出色，但斯宾诺莎奖是什么？作为一个外国人，我的知识有一个令人尴尬的断层。“这有点像荷兰诺贝尔奖！”我还没来得及发问，他就解释说。有一瞬间我想问他，这种说法是否就像在说“荷兰全国世锦赛”，但还是在心里扼杀了这句话。他继续说：“这个奖获得的资助比诺贝尔奖要好得多。”他说：“你将得到250万欧元。”现在我坐下来了。他补充说：“你可以随心所欲地使用这笔奖金——当然，不是私自使用，而只能用于研究目的。”我立即就知道这笔钱要拿来做什么。
事件视界望远镜诞生
几个月后，我带着“装满钱的手提箱”前往亚利桑那州图森市参加事件视界望远镜的第一次国际战略会议。位于智利的大型ALMA望远镜终于完工了，现在关键的研究机构和天文台的主要代表就聚集在这里。我又见到了许多熟悉的同事。
我们详细讨论了最新的科学成果，比如在理论方面的最新进展。在过去几年，用所谓的超级计算机进行计算的能力已经取得了很大的进步。就像为天气预报预测地球周围空气团的运动一样，这些巨大的计算机模拟了气体如何围绕黑洞运动。这种方法被称为GRMHD模拟，是“广义相对论磁流体动力学”的首字母缩写。这听起来很复杂，而且确实如此。这是因为GRMHD模拟涉及高度复杂的模型，用以模拟弯曲、旋转时空中的磁化等离子体流。其他还有一些程序计算光和射电辐射是如何在黑洞周围的热气体中产生、偏转和吸收的。这些计算的广度远远超过了我们在2000年前后算得的所有东西。巨型计算机不断地输出着美丽而令人兴奋的图像，而所有的同事现在都在利用它们的计算能力来寻找黑洞的阴影，试图证实我们的基本假设。一个真正的“影子产业”出现了。几乎所有的模型中都可以看到阴影和光环，所以在理论上我们达成了一致。
一位名叫莫妮卡·莫希齐布罗兹卡（Monika Mościbrodzka）的年轻科学家的能力和态度给我留下了深刻印象。她曾在华沙的尼古拉·哥白尼天文中心跟随著名的吸积盘专家博热娜·切尔尼（Bożena Czerny）完成了博士学位，并在美国向数值模拟领域的主要专家查尔斯·甘米（Charles Gammie）学习技艺。现在，她正在为人马座A*做一些最好的“天气预报”[163]。在这之前，这一研究领域一直由男性主导，但莫妮卡想做出自己的成绩。我在奈梅亨为她提供了一个职位，并要求她成立一个数值模拟小组。攻克这一领域是坎坷而艰难的，因为编程、运行和分析模拟需要非常多的时间和精力，需要抱有坚韧不拔的精神在电脑后面度过许多孤独的时光。在这个领域发表的每一篇文章都来之不易。这就像逐个细节、逐个功能地在计算机中重建我们用来收集数据的望远镜。随后，她还会改进我们20世纪90年代的旧喷流模型[164]，并为EHT的后期图像制作异乎寻常地准确的预测[165]。
会议上另一个备受讨论的新进展是对黑洞质量的最新估算。人马座A*的质量实际上比之前预计的大，M87的黑洞近年来也变重了。现在M87的质量应该是30亿个太阳质量，而不是20亿。另一个小组甚至声称，这个黑洞比太阳重60亿倍。如果那是真的，它的阴影就大得可以看到！我们现在是否有了两个候选观测对象？M87中的黑洞仍然会比人马座A*略小，但它位于北天球，从大多数望远镜所在的北半球更容易看到。另外，银河离M87也有段距离，所以不会模糊其中的黑洞的图像。和银河系中心相比，这边就少了一个问题。啊，这恐怕好得不能再好了！我很警觉。我不是在用心愿指挥思考吧？对其他星系中的黑洞的质量测定经常显示出系统误差，但M87肯定值得一试。
在图森的战略会议上，科学家们在会议室里进行了辩论。同时，在闭门会议室里，各天文台和主要研究所的领导人讨论了科学政策。我的位置在两者中间。最后我们商定了一个共同的行动方案。一项全球性的行动的基础已经奠定。
现在到了干正经事的时候了。必须筹集更多资金。如果各自为政，没有哪一台望远镜或是主要的天文台，哪怕是ESO或国家射电天文台（NRAO），能为EHT项目提供资金、进行科学的运作并进行充分的评估。天文台需要让自己的资源和工作人员维持自己的望远镜的运行。现在，我们必须为自己的需求采取行动。但该怎么做呢？
有时帮助不期而至。2012年，在从德文格洛的LOFAR会议回来的路上，我在火车上遇到了同事米夏埃尔·克拉默（Michael Kramer）。我们在同一时间完成了博士学业，但从未更密切地接触过对方。这些年里，他已当上了波恩马克斯·普朗克射电天文研究所的第三任所长，并成功地利用脉冲星从根本上检验了爱因斯坦的相对论。我们很快就聊到了同一个频道上。我们两个都是五年前第一批从欧洲研究委员会（ERC）获得大量资金的天文学家之一。我用那笔钱资助了利用LOFAR对宇宙粒子的先驱性测量，他建立了一个类似VLBI的网络，用脉冲星测量引力波。我们都对引力很着迷。这两个项目及其资助都行将结束，而我们都渴望启动一项新的事业。
我给他讲了EHT的事情，他介绍了如何利用黑洞周围的脉冲星以难以置信的精度测量时空。我们决定向欧洲研究委员会提交一份联合申请，与欧洲所有学科的最佳研究小组竞争——哪怕获得1500万欧元巨额经费的成功机会只有1.5%[166]。为了让小组有第三名成员，我们争取到了卢恰诺·雷佐拉（Luciano Rezzolla）。他是个意大利人，先在波茨坦的阿尔伯特·爱因斯坦研究所从事引力波和黑洞并合的研究，然后作为教授在法兰克福大学任教。
彼此熟悉了之后，我们很快就全力以赴地投入了工作。我们三个人就联合提案工作了六个月，并将该项目称为BlackHoleCam[167]。世界上的望远镜都需要照相机，EHT也不例外。我们想提供的就是这种照相机。对于事件视界望远镜而言，相机就是数据记录器和分析软件二者之和。
在等待的头几个月里发生了一个小奇迹。如果能用ALMA在银河系中心进行脉冲星搜索，会对我们的提案很有帮助。但是，这是一项风险极大的投机活动。几十年来，天文学家一直在寻找银河系中心的脉冲星。那里应该有数千颗脉冲星，但直到那时还没有检测到哪怕一颗。无巧不成书，就在我们的提案提交给评审委员会的这几个月里，一颗全新的、年轻的脉冲星首次在银河系中心爆发了。我们第一个发现这颗脉冲星，并使用埃菲尔斯伯格的100米望远镜测量了它。2013年9月，《自然》杂志发表了我们的工作[168]，我们受到了极大的关注。这一结果表明，还是有可能在银河系的超大黑洞附近找到脉冲星的。大自然帮了我们一个大忙，因为这一发现对我们的申请肯定是有利的。银河系中心到底还藏着多少脉冲星呢？
令我们惊讶的是，尽管进行了密集的搜索，但迄今为止在银河系中心还没有发现第二颗脉冲星。为什么会这样？这仍然是银河系的不解之谜。为什么这颗脉冲星恰恰在我们需要它的那几个月里吸引了我们的注意？这对我们来说同样是令人费解的。但我们并没有捏造数据。其他天文学家证实了我们的测量结果。我有没有说过，科学中有时候必须要有点运气？
选拔流程就像一个选秀节目，我们的提案必须在一轮又一轮的选拔中脱胎换骨。每一轮，评委小组都无情地竖起或放下拇指。我们杀入了决赛，受邀前往布鲁塞尔，向评委当面展示。这一刻我们绝不能失败。我们为演讲排练了好几天，为各种问题做准备。时间一到，我们就去了位于欧洲首都的欧洲研究委员会总部。
我们三个人情绪饱满地来到了准备室。排在前面的一组已经在那里等待了。那是来自世界著名的牛津大学的教授。他们或呆坐着，或紧张地来回踱步。
20分钟后，另一组人结束面试回来，他们的所有人看起来都像是受到了打击。“他们非常具体地询问了预算问题！”一个人呻吟道。慢慢地，我们的心情滑入谷底。这里聚集着欧洲最有经验和最优秀的科学家，可他们都觉得自己像在学校里等着接受口试的可怜学生。当我们步入房间做报告时，一个由20人组成的委员会坐成U形迎接我们。像罗马角斗士一样，我们大步走进竞技场，紧盯着科学上的死亡。但是角斗的号角声在哪里呢？
演示进行得非常顺利。米夏埃尔、卢恰诺和我衔接得十分完美，最后我们在规定的时间内准时结束，精确到秒。委员会提出问题，作为团队精心排练过的我们滴水不漏地应对了这些问题。委员会中唯一的天文学家凯瑟琳·塞萨尔斯基（Catherine Cesarsky）曾是欧空局的前局长，相当了解她的工作领域。“你们与事件视界望远镜是什么关系？”她问道。她的问题击中了我们提案的弱点，即EHT的组织结构仍不明确。如果发生了纠纷，一切都崩溃了怎么办？“我们想成为其中的一部分，并帮助建设它，使资源相互补充，”我们说，“但要想更好地协调各项工作，我们需要钱。当然，在紧要关头我们也可以独立进行实验。”凯瑟琳·塞萨尔斯基笑了；显然，我们对最重要的问题之一给出了正确的答案。委员会将站在我们这边。
时间快到了。“我还有一个问题，”另一位委员会成员开口了，“我不明白预算电子表格中这两笔用于公共关系的款项，你能解释一下吗？”我的心怦怦直跳。他在询问数字！我的脑袋仿佛忽然变成了一个黑洞。我结结巴巴地泛泛而谈了几句。面谈结束了；我们心情忐忑地回了家。我们的演示成功了吗？它打动了委员会吗？还是我们在最后五分钟里失败了？
两周后，我们收到了欧洲研究委员会主席的信。我经常收到这样的信。你只需要阅读前四个字，就能知道你需要知道的一切。“我很高兴……”信上说。申请通过了！我站了起来，幸福而平静地在书房里走着。然而，由于我在最后五分钟里磕磕巴巴，委员会给我们减掉了一百万欧元——我从来没有在这么短的时间里赌输这么多钱。尽管如此，我们还是成功了！我们是第一组为EHT募集到大量资金的人——金额是1400万欧元。现在我们可以与美国人成功地合作了吧？
同一天，我给多尔曼写了一封电子邮件，告诉他我想在波士顿与他见面。我订了机票。三天后，我和他以及海斯塔克天文台的主任科林·朗斯代尔（Colin Lonsdale）已经坐到了一起，朗斯代尔以其平和而不偏不倚的态度居间促成了双方的合作。两天来，我们讨论了下一步的工作，并同意就合作建设事件视界望远镜签署一份意向书。
谢普·多尔曼还拉上了来自亚利桑那州的引力理论专家迪米特里奥斯·普萨尔蒂斯（Dimitrios Psaltis）和其他美国同事，向美国科学项目的主要资助者国家科学基金会（NSF）提交了他那边的经费申请。我们写了一封支持信，在信中我们写了与多尔曼的团队的合作意向。他的申请也得到了批准。弗吉尼亚州的国家科学基金会总部向EHT拨款800万美元。现在我们凑够了钱，开始计划新的实验。
在波士顿举行的会议是不够的。回到欧洲后，我们建立了自己的团队。我设法招募了经验丰富的天文学家雷莫·提拉努斯（Remo Tilanus）作为项目经理。他曾为荷兰在夏威夷管理詹姆斯·克拉克·麦克斯韦望远镜（JCMT）多年，直到他们在2015年撤出。他还曾为那里的VLBI实验做出了许多贡献。
与此同时，五个年轻的硕士生出人意料地出现在我在奈梅亨的家门口。他们对EHT感兴趣，我能够为他们提供博士生职位。一个奇妙的群体自那时起慢慢形成。虽然其中多数人来自奈梅亨地区，我却感觉他们仿佛从天而降。最终，我们的团队有了来自七个国家的成员[169]。
“我们将征服世界，但是要以友好的方式。”——这是我们的座右铭，我把它灌输给每个人。我的学生和员工享有很大的自由。我的目标是让他们自己找出驱动他们的因素。我不想劝说或强迫他们做任何事情。每个人最终都必须找到自己的位置，因为只有这样，才能用心去做自己渴望做的事。重要的是，每个人都有与自己的实际才能相匹配的目标并为之奋斗。同时，团体中的人才应该相互补充，而不是相互竞争。
2014年11月，在加拿大滑铁卢的圆周理论物理研究所（Perimeter Institute）召开了另一次研讨会。密室外交在这里达到了顶峰，会议本身几乎成了无关紧要的事情。几十位天文学家争夺在EHT中的角色。谁应该成为领导层的一部分？组织结构是什么？在最后一个晚上，我们必须得快刀斩乱麻。谈判一直拖到了晚上；这是一场没有拳头的战斗，尽管有一两个人确实时常用拳头敲打桌子。到了午夜，我们终于就EHT的未来应该是什么样子达成了协议。我们握手言和，同意就此作罢；但第二天早上已经有人试图重新谈判了。
在又召开了50次远程会议之后，EHT才在2016年夏天成为一个临时性的合作组织。又过了一年后，所有的文件才终于得以签署，而那时所有实验已经都完成了。该合作由13个机构伙伴组成：4个来自欧洲，4个来自美国，3个来自亚洲，另外还有墨西哥和加拿大。在作为最高机构的项目董事会中，所有机构都有平等的代表权。
一个由主任、项目经理和项目科学家组成的3人小组负责日常管理，而由11名选定成员组成的科学委员会则负责决定和监督科学计划。
项目主任是谢普·多尔曼，项目科学家是迪米特里奥斯·普萨尔蒂斯，而项目经理由雷莫·提拉努斯担任。我被选为科学委员会主席，我的长期同事杰夫·鲍尔被选为副主席。他那时已经搬到了夏威夷，为中国台北的天文与天体物理中心工作。波恩VLBI小组的主任安东·岑苏斯和海斯塔克天文台的科林·朗斯代尔接任董事会主席。
因此，权力得到了分配，但在领导岗位或董事会中没有一个女性。我认为这是EHT的先天缺陷，不是什么值得骄傲的好事。只有科学委员会有两名女性，包括现在在阿姆斯特丹教书的塞拉·马尔科夫。
探访亚利桑那
在进行紧张而艰难的谈判的同时，我们早已忙着进行下一步的准备工作和首次考察了。ALMA望远镜终于为首次VLBI测量做好了准备[170]，该测量将于2015年1月进行。现在我们必须证明我们在技术上和组织上能够掌握一项大型实验。所有望远镜都将配备相同的最新一代VLBI设备。
2014年9月1日，欧洲研究委员会的第一批资金流入。在同一天，雷莫·提拉努斯为VLBI设备下了必要的订单，以便特别重要的、脆弱的部件能够按时到达望远镜台站。人称“马克六号”（Mark 6）的数据记录器是向波士顿的一家公司订购的。格罗宁根的技术人员在波恩的帮助下，在短时间内根据海斯塔克的设计图，自己制造了电子滤波器。
数以百计的最新硬盘将通过海斯塔克观测站发往望远镜台站。但订单无法按期交付。在2015年的冬天，一场暴风雪过后，新英格兰各州连日来都躺在厚厚的冰雪覆盖之下，一切都停滞了。一位同事在冰上滑倒，造成复合骨折。我们无法在美国买到我们需要的大量硬盘，而且美国的资金还没有周转起来。雷莫·提拉努斯不得不随机应变。他设法在五天内通过奈梅亨的拉德堡德大学的订购系统下了大量的订单，然后将硬盘从荷兰空运到波士顿，再从那里分发到世界各地。
他是如何做到这一点的，至今没有人知道。这不仅仅是全球化的奇迹，也是一个项目经理几乎不被人注意到的特殊的壮举。最后，所有订购的必需部件都及时到达望远镜台站，并由当地技术人员在现场安装和测试。
一切准备就绪，我们在2015年3月底蜂拥而出，为第一次大型联合远征前往各个目的地。我们希望尽可能多地连接世界各地的望远镜。我前往美国亚利桑那州，考察坐落在格雷厄姆山山顶的亚毫米波望远镜（SMT）。我驱车从图森出发，穿过美国西南部惊险刺激的地景，经过裸露的岩石、仙人掌、移动木屋组成的小镇、不可错过的“The Thing”纪念品商店，以及一个沙漠监狱，监狱周围到处都是警告不许越狱的标志。离上山的路不远有个叫萨福德（Safford）的小镇，我绕道去那里为未来一周储备了一些物资。只带一条毛巾[171]是不够的。在从亚利桑那州出发去银河系漫游的旅程中，你必须带上自己的全部行囊。
回到山脚下，我在大本营得到了一张通行证和一个对讲机，然后沿着亚利桑那州366号公路开车上山。冒险开始了。在机场时，我想租一辆四轮驱动的车，于是他们给我找了一辆巨大的红色道奇RAM皮卡。这感觉非常美国，包括太高的油耗。就这样，我从1000米的高原开往3200米高的格雷厄姆山。望远镜在山上的一小块平地上。在路上我看到了通往“亚利桑那基督教会圣经营”和“香农营地”的标志。路边的景色也在变化。起初是地道的美国西部风光，而后是白雪覆盖的山峰，还有像比利牛斯山上一样的冷杉林排列在我前进的路上。(https://www.daowen.com)
铺好的道路到头了。过了一个路障之后开始了颠簸的旅程，直到一棵倒下的树挡住了去路。我错过了右转弯的路口，只好再折返回去。我已经很累了，可最后几米的高度特别陡峭和狭窄。这条道路因为太窄，每次只能由一辆车上行或下行。我用无线电询问道路是否畅通。“通道上有下坡车吗？”我问道，但没有得到回答。我宣布“有一辆车正沿着通道前进”，然后踩下油门。越野车在扭曲的路上奋力前行，来回摇晃。我在狂野的碎石路上开往山的更高处，甚至不愿去想，在雨中经过这条路会是怎样的情形。突然，眼前一下子出现了宽阔的停车场（这算得上是美国建筑的固定配件）。我到了望远镜前，比山顶稍微低一点的地方。
这个重达135吨的结构是一个令人印象深刻的建筑。在底层是宿舍和厨房。建筑物的上部旋转的部分是望远镜和仪器。房子的前墙和天花板都可以打开。如果这里受保护的树木都不妨碍视线，这就为10米的天线开辟了一个清晰的天空视野。在不工作的时候，望远镜在建筑群中被严严实实地保护着。在天线的正下方有一个小平台和控制室，可以通过一个楼梯进入。当望远镜改变位置时，控制室和楼梯会随着建筑物的外部转动。这总是会导致混乱，因为在观测过程中，当瞄准天空中的一个新位置时，跟着望远镜的楼梯总是会再移动一点。每当我离开厨房或卧室时，我必须再次寻找楼梯才能到达顶部。楼梯总是在不同的地方，这真让人抓狂！
天线的主体结构主要由碳纤维增强塑料制成，并镀有一层薄薄的铝。这使得望远镜像一面巨大的镜子一样闪闪发光。它绝不能指向太阳的方向，否则它就会变为一个巨大的放大镜，并燃烧殆尽。第一批亚毫米望远镜中的一个已经以这种方式烧毁了它的接收机。
这座山是进行天空观测的理想地点，因为这里的大气中水蒸气含量要比一般的地方低得多，射电信号受到的削弱和污染也就少得多。对一些人来说，稀薄的空气会使他们呼吸不畅，需要花时间适应。我有点头痛，但幸运的是，走楼梯去控制室不成问题。我多年来的足球和排球训练在这里得到了回报。由于湿度低，我喉咙干燥，皮肤干裂。晚上，我一次又一次地醒来——睡不好觉是天文学家的宿命。甚至我的补给也注意到了低气压：薯片袋胀得老大，滚珠除臭剂在我打开它的时候发出一声巨响，向我射出滚珠。它与我擦肩而过，除臭剂在浴室里飞溅。希望未来几天不会太热——我想我最好不要出汗。
在格雷厄姆山的山顶，一片芬芳的冷杉林环绕。在一片空地上可以看到令人振奋的全景，下面是人烟稀少的广袤土地，上面是晴朗的天空。在亚毫米范围内工作的射电天文学家会希望天空万里无云，这样电波才能尽可能不受阻碍地穿过大气层到达天线。正常的无线电波会轻松地穿过云层；然而，我们想要观测的短波会被空气和云层中的水汽吸收。
格雷厄姆山被牢牢掌握在天文学家手中。在SMT以东200米处，一个巨大的灰色肿块从树梢上升起。这就是LBT大型双筒望远镜，一个有两块8.4米口径镜片的巨大光学望远镜。德国研究机构占有这个望远镜的四分之一。采用蜂巢技术的望远镜是亚利桑那大学望远镜实验室（Mirror Lab）的特色产品。“你可以从我们这里得到你想要的任何镜子，”前斯图尔德天文台台长彼得·斯特里特马特在我开车上山前告诉我，“只要它的口径正好是8.4米。”斯特里特马特非常擅长销售望远镜。
在SMT的西边是一个不起眼但同样特别的小天文台。这里有梵蒂冈高新技术望远镜（VATT）。梵蒂冈天文台这座长方形的建筑几乎有点让人联想到教堂。一个拉长的中殿通向一个银色的圆顶。然而，下面没有祭坛，而是一个口径为1.8米的光学望远镜。
梵蒂冈的天文学家仍然在深深影响我们，因为他们在16世纪制定了我们现在的日历。他们的现代天文台于19世纪末在罗马建立，但当夜间路灯出现时，就搬到了邻近的冈道尔夫堡（Castel Gandolfo），然后又将一个分部放在了亚利桑那州。
在一个我们没有安排观测的夜晚，我去拜访了邻居们。在天主教会的天文台，目前有三名耶稣会士正在工作，侦察可能对地球造成危险的小行星。我很享受这种安静、友好的环境。理查德·博伊尔（Richard Boyle）神父在这里；他曾经在梵蒂冈为来自世界各地的天文学学生开办了一所暑期学校，我也参加了。今天，他似乎把所有时间都花在了望远镜上，几乎像一个隐士一样生活在山里。在天文台的生活真的有一种修道和冥想的感觉。观测中的天文学家将生活与天空结合。恒星和星系设定了节奏。没有什么能让你分心。我很享受在山上的这段时间，生活很简单，人更接近天空。
我们在亚利桑那州的团队由几位EHT的同事组成。他们包括来自海斯塔克天文台的文森特·菲什（Vincent Fish）和来自亚利桑那州的丹·马罗内。我接替丹在山顶的位置，他去图森远程协作。天文台没有足够的床位给这么大的团队，所以不是每个人都能同时在这里。在亚毫米望远镜这儿，我从一开始就有宾至如归的感觉。当然，我知道望远镜是什么样子的，也知道它是如何工作的，但自己用它工作还是另一回事。要想让一个图像从射电波中闪现出来，以便向其他天文学家、物理学家和世界公众展示它，这确实是一条漫长的道路。但看着宇宙揭示自身是一种特殊的体验。
望远镜的抛物面天线首先收集来自太空的射电波并将其聚焦。对于我们的波长，天线的碟形表面必须校准，精确到40微米以内。而这台天线的表面甚至更好。通过挂在望远镜前面的四根支柱上的副反射镜，射电波返回到天线后面的接收舱。在那里，它们通过一个金属馈源喇叭被送入接收机的波导。馈源喇叭的功能基本上类似于老式留声机的听筒。然后，高频信号在接收机中被混合成较低的频率，并送入电缆。这一套过程将自由的射电信号变成铜缆线中的电波。
下一步是储存这些波。如今，即使是光也能以数字方式存储——这是多么令人惊奇的过程！要做到这一点，首先必须再次滤波，并将其频率调整到我们器材的更低频率。这类设备最早出现在丹·沃西默的SETI计划中，用于搜索来自外星人的射电信号。现在，它将反复滤波的射电波转换为比特和字节。可以将虚拟塔序列想象为一列由虚拟的积木或乐高堆成的塔形，这些塔的高度要么是0，要么是1块，要么就是2或者3块。塔的高度只能非常粗略地代表射电波的振荡，但我们有很多塔和很多振荡。
我们记录的数据量是巨大的：每秒32吉比特——这就是每秒320亿个0和1。如果我们要在纸上用毫米级的细笔画出我们的数据塔，我们需要的纸条在两秒多一点的时间内就能绕过整个地球。幸运的是，纸条现已经被硬盘所取代。因此，数字革命也对我们EHT的工作起到了作用。
结束后，存在硬盘上的“光”用邮寄这种简单的方式送到波士顿和波恩，在那里对数据进行进一步处理。只有在经过漫长的过程后，才会从大量的数据中出现一个微小的图像——这真的是数据“缩减”！事实上，我们真正记录的是噪声。天空噪声、接收机噪声，以及来自黑洞边缘的一小部分射电噪声。幸运的是，许多天空噪声和接收机噪声在事后处理数据时被过滤掉了。这样的望远镜在一个晚上从我们的宇宙射电源中收集到的噪声总能量小得惊人。它相当于一条一毫米长的毛发在真空中从半毫米的高度落到玻璃板上的能量。这样的冲击不太可能划伤玻璃板，但我们可以测量它。
为了事后准确地合并数据，每台望远镜都需要一台绝对精确的时钟，而这些时钟当然是在瑞士制造的。物理学家用的时钟不是众所周知的机械杰作，而是来自量子物理时代的高精度计时器。此类设备的中心之一位于伯尔尼附近的纳沙泰尔（Neuchâtel）。伽利略卫星中使用的许多原子钟是在这里建造的（伽利略卫星导航系统是欧洲的，用以替代全球定位系统）。我们还有纳沙泰尔制造的原子钟：单价在五位数欧元范围内的氢原子钟（hydrogen maser clock）。
如果你想作为一个天文学家使用望远镜工作，有一个人你永远不应该与之为敌：望远镜操作员。他操作着望远镜，像船长一样站在掌舵人的位置上。他对他的望远镜了如指掌，他坐在指挥室的一堵屏幕前，控制着天线。在亚毫米望远镜的台址，总是有两个操作员同时在山上，交替进行12小时的轮班。他们来自该地区，习惯了格雷厄姆山的孤独生活，格雷厄姆山在阿帕奇语中被称为“大个头的、坐着的山”。
在测量过程中，操作员也可以把虚拟舵交给在场的天文学家，但如果出现问题或强风阻碍了进一步的操作，就立即把它收回。
在VLBI实验中，每台望远镜都有一个严格的时间表，我们必须遵守——它基本上是自动化的，毕竟，望远镜都应该在完全相同的时间对准同一个射电源，精确到秒。为了避免时区的混淆，所有时间都以世界时为单位，即英国皇家格林尼治天文台的时区。该天文台本身早已成为一个博物馆。
在测量过程中，我们不仅要观察银河系中心或M87星系的核心，在这之间，射电天线还要反复摆动指到校准源，以确定我们望远镜的测量灵敏度。我们经常使用著名的类星体或星系来实现这一目的。例如，其中有一个位于英仙座星系团的3C 84星系，距离银河系2.4亿光年，赫歇尔在18世纪末已经在天空中探测到了这个星系。3C 84是一个可靠和强大的射电源。
我们甚至经常在这中间指向三或四个不同的类星体。这是我们能够很好地校准我们整个系统的唯一方法，因为即使是原子钟对于VLBI来说也太不准确了；我们在这些宇宙源的帮助下对它们进行校正，从而确保，回过头来看，所有的时钟都按照相同的节拍振荡。
改变天线的观测朝向可能需要几分钟时间。对于这一点，亚利桑那州的操作员想出了一个小小的调剂[172]。当望远镜移动时，澳大利亚电影《不简单的任务》（The Dish）中欢快的曲子《古典汽油》（Classical Gas）在控制室和厨房中播放。这部电影讲述了帕克斯的64米天线和接收阿波罗11号登月发回的第一批电视图片的故事。一旦你在亚利桑那州的格雷厄姆山上观测过恒星或黑洞，你将永远无法摆脱这种耳边风。
倒班测量有时会有压力。通常，望远镜或我们的测量仪器需要重新调整。大气折射使光源略微偏移，在其他地方出现。而温度变化使巨型望远镜的观测方向发生的变化虽然很小，但很明显。这些都是我们致力于识别和避免的错误来源。我们必须在休息时利用明亮的校准源——几乎所有的校准源都是黑洞——来校正这个指向，并定期对望远镜进行聚焦。有时，当天气不好时，我们也不能马上找到所需的源，或者有可能再次跟丢它。然后，就像在暮色中用光学望远镜搜索一样，我们必须重新瞄准，直到成功。
在任何情况下，天空中的源都在不断地改变它们的位置，毕竟，地球在不断地旋转。因此，我们总是要用望远镜跟踪射电源的这种迁移。恒星和黑洞在西班牙上空升起和落下的时间也比在亚利桑那州上空早。这给在世界各地有几台望远镜的VLBI实验带来了困难，因为并不是所有地方的望远镜都能在完全相同的时间从它们的视角观测到一个天体。有时，共同的观测期只重叠了很短的时间。
望远镜本身也总是闹脾气。就像我常说的那样，望远镜和人一样。2015年3月21日，我们报告：“天气看起来不错。”所以我们可以准时开始观测。不到一个小时后，技术问题突然出现。望远镜的工作不顺利。我们报告说：“操作人员必须进行计划外的修复。”
还有一次，望远镜不得不停下来，因为电缆不够长，无法再旋转。望远镜通常被设计为最多旋转一圈半。它只能向同一方向移动并跟踪一个天体那么久。当达到最大限度时，操作员将整个系统完全转回一次，以解开电缆的纠缠。然后，《不简单的任务》中的调子几分钟又几分钟地响着。我恼火地等着它继续，因为我们至少错过了一系列的测量，必须直接跳到测量时间表上的下一个项目。
本周结束时，我带着复杂的心情离开格雷厄姆山。很多事情都成功了，我们学到了一些东西，天气也很好。虽然很累，但还是很满意，我往山下走去。几个月后，我们听说一些组件还没有调整到最佳，数据质量也不好。
第二次大型彩排在2016年春季进行。在此期间，一些望远镜已经收到了技术更新。尤其重要的是，我们将首次把智利的ALMA望远镜纳入我们的网络进行测试。如果我们现在表明ALMA一切顺利，我们就可以在2017年开始进行测量实验，这将不再是一场彩排，而是我们大型项目的真正首演。
在我们可以开始之前，一个科学重磅炸弹将在2016年年初爆出。LIGO/Virgo合作组织已宣布于2016年2月11日举行新闻发布会。我们期待着一场轰动。这个秘密已经在专家圈子里泄露了，然而我们还是站在大学礼堂的大屏幕前，和许多人一起目不转睛地看着这个了不起的新闻[173]。人类首次成功地直接测量了两个黑洞合并时产生的引力波。在这个过程中，在地球上检测到了一个令人难以置信的微弱的空间震颤。合并的黑洞比我们的太阳重30倍，尽管仍只是银河系中心黑洞的二十万分之一。“我们第一次能够听到黑洞，”我兴奋地说，“现在我们想看到它！”
令我惊讶的是，这些同行们是如此的幸运。在他们的测量之前，还不能确定这种规模的黑洞合并是否会存在。引力波信号比预期的要强得多，而且更重要的是，这一发现是在一次测试运行的最后。只要早几个小时把它关掉，他们就根本不会收到任何相应的数据[174]。之后他们也没有再发现如此强烈的信号。“我们永远不会那么幸运，”我心含酸意地想，“当我们明年做大实验时，我保证天气会很糟糕，望远镜会坏掉，M87中的黑洞会比我们想象的小很多。”我为自己准备好了漫长的耐心考验。
两个月后，我再次开车沿着狭窄的道路前往亚利桑那州的亚毫米望远镜。这一次，我的博士生米夏埃尔·扬森（Michael Janßen）和硕士生萨拉·伊萨恩（Sara Issaoun）[175]也成了团队的一员。米夏埃尔来自莱茵河下游宁静的卡尔卡镇，刚刚和我一起写了一篇优秀的硕士论文。萨拉来自阿尔及利亚的一个柏柏尔人家庭。她的父母都是工程师，在她小的时候，在动乱中移民到了加拿大的法语地区。后来，她的父母搬到了阿纳姆（Arnhem），在当地的一家高科技公司工作。
萨拉在加拿大麦吉尔大学攻读物理学，并在学期结束时找到了我。她问我是否有一些任务给她。我把2015年亚利桑那州的测量数据递给她，她对这些数据的看法令我很惊讶。在很短的时间内，她已经改进了校准曲线或从头开始创建了它们。她甚至发现了望远镜软件中的错误，我意识到萨拉是一个异常有天赋的天体物理学家。2016年，我带她去位于亚利桑那州的望远镜，三天后几乎失业：米夏埃尔实现了软件操作的自动化，而萨拉作为最年轻的员工，几乎完全控制了望远镜的操作。同时，她还在改进我2015年的旧校准测量结果，而且她在未来几年内不会放弃对望远镜的控制。而她甚至还没有开始她的博士学位。最后，整个EHT都从中受益，因为米夏埃尔和萨拉后来接管了所有天文台的校准程序，并且都获得了合作的特别奖。
从技术上讲，测试测量的结果是成功的，也使得期待已久的ALMA最终敲定。但是，测试从未进行过详细的评估，也没有科学的工作发表。这两次测量对EHT和我们的团队提出了考验：如果我们想获得成功，来自各大洲和国家的一群杂牌科学家和技术人员最终将不得不学会共同工作。而我们现在知道：如果一切顺利，那么明年原则上是可以成功的——只要我们非常走运。
[153]波恩的马克斯·普朗克射电天文研究所和斯图尔德天文台在亚利桑那州的格雷厄姆山上联合建造了海因里希·赫兹望远镜（HHT），一台口径10米的单天线望远镜。几年后，德国人撤出了项目，它被重新命名为亚毫米波望远镜（SMT），亚利桑那大学维持着它的存在。在夏威夷的莫纳克亚山上坐落着麦克斯韦望远镜（JCMT），它具有15米口径的天线。今天，来自中国、韩国和日本的天文学家们在JCMT并肩工作。另有两台由欧洲的毫米波射电天文所（IRAM）管理的望远镜分别位于西班牙韦莱塔峰（Pico de Veleta）和法国阿尔卑斯山布尔高原。它们已经站稳脚跟，将继续长期运行。其他的天文台只处于规划阶段，其中包括墨西哥的大型毫米波望远镜（LMT），它的地理位置对我们来说非常理想。这是一台50米口径的超级望远镜，但是它的启用时间被推迟到了2011年，而且直到那时候它也没有彻底完成。甚至在南极也有一台专门为宇宙学研究建造的望远镜在规划中，该望远镜在2007年开始运行。但是又过了8年，我的同事、来自亚利桑那州的丹·马罗内（Dan Marrone）等人才成功地将这台位于荒僻的南极洲的望远镜联入甚长基线干涉网。
[154]参见论文：H. Falcke, et al., “Active Galactic Nuclei in Nearby Galaxies,” American Astronomical Society Meeting Abstracts 200 (2002): 51.06, https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2002AAS…200.5106F。
[155]参见论文：P. A. Shaver, “Prospects with ALMA,” in: R. Bender and A. Renzini, eds., The Mass of Galaxies at Low and High Redshift: Proceedings of the European Southern Observatory and Universitäts-Sternwarte München Workshop Held in Venice, Italy, 24–26 October 2001 (Springer-Verlag,2003), 357, https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2003mglh.conf.357S。
[156]报道见：De Gelderlander, April 2003。
[157]参见论文：G. C. Bower, et al., “Detection of the Intrinsic Size of Sagittarius A* Through Closure Amplitude Imaging,” Science 304 (2004): 704–8, https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2004Sci…304..704B。
[158]参见文章：S. Markoff, et al., eds., “GCNEWS–Galactic Center Newsletter,” vol. 18, http://www.aoc.nrao.edu/~gcnews/gcnews/Vol.18/editorial.shtml。
[159]我的私人记录。智利同事尼尔·纳加尔（Neil Nagar）有时也会参与讨论。
[160]参见论文：Sheperd S. Doeleman, et al., “Event-Horizon-Scale Structure in the Supermassive Black Hole Candidate at the Galactic Centre,” Nature 455 (2008): 78–80, https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2008Natur.455…78D。
[161]即：A Science Vision for European Astronomy (Garching: ASTRONET, 2010), 27。
[162]参见论文：Sheperd Doeleman, et al., “Imaging an Event Horizon: submm-VLBI of a Super Massive Black Hole,” Astro2010: The Astronomy and Astrophysics Decadal Survey 68 (2009), https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2009astro2010S.68D。
[163]参见论文：Monika Mościbrodzka, et al., “Radiative Models of SGR A* from GRMHD Simulations,” The Astrophysical Journal 706 (2009): 497–507, https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2009ApJ…706..497M。
[164]参见论文：Monika Mościbrodzka, Heino Falcke, Hotaka Shiokawa, and Charles F. Gammie, “Observational Appearance of Inefficient Accretion Flows and Jets in 3D GRMHD Simulations: Application to Sagittarius A*,” Astronomy and Astrophysics 570(2014): A7, https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2014A&A…570A…7M。
[165]参见论文：Monika Mościbrodzka, Heino Falcke, and Hotaka Shiokawa, “General Relativistic Magnetohydrodynamical Simulations of the Jet in M 87,” Astronomy and Astrophysics 586 (2016): A38, https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2016A&A…586A..38M。无独有偶，在Dexter的工作中，也根据GRMHD模拟做出了很好的预测：Jason Dexter, Jonathan C. McKinney, and Eric Agol, “The Size of the Jet Launching Region in M87,” Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 421 (2012): 1517–28, https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2012MNRAS.421.1517D。
[166]最终，因为竞争太过激烈，在我们这一轮实际上只有一半人提交了申请，因此成功的概率实际上是3%。
[167]欧洲研究委员会的项目照片和视频资料可见：https://blackholecam.org。以及论文：C. Goddi, et al., “BlackHoleCam: Fundamental Physics of the Galactic Center,” International Journal of Modern Physics D 26 (2017): 1730001–239, https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2017IJMPD..2630001G。
[168]论文见：R. P. Eatough, et al., “A Strong Magnetic Field Around the Supermassive Black Hole at the Centre of the Galaxy,” Nature 501 (2013): 391–94, https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2013Natur.501..391E。
[169]其中有博士生：米夏埃尔·扬森（下莱茵地区）、萨拉·伊萨恩（加拿大）、弗里克·鲁洛夫斯（Freek Roelofs）、约尔迪·达弗拉尔、托马斯·布龙兹瓦尔（Thomas Bronzwaer）、克里斯蒂安·布林克林科（Christiaan Brinkerink，荷兰）、拉克尔·弗拉加-恩西纳斯（Raquel Fraga-Encinas，西班牙）、赵杉杉（中国）；博士后：科尔内利娅·穆勒（Cornelia Müller，德国）；资深科研人员：奇里亚科·戈迪（Ciriaco Goddi，意大利）、莫妮卡·莫希齐布罗兹卡（波兰）、达恩·范罗苏姆（Daan van Rossum，荷兰）；项目经理：雷莫·提拉努斯（荷兰）。
[170]参见论文：L. D. Matthews, et al., “The ALMA Phasing System: A Beamforming Capability for Ultra-High-Resolution Science at (Sub)Millimeter Wavelengths,” Publications of the Astronomical Society of the Pacific 130 (2018): 015002, https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2018PASP..130a5002M。
[171]这个说法来自经典科幻小说《银河系漫游指南》。小说中提到“毛巾是对一个星际漫游者来说最有用的东西”。——译者注
[172]使用这段旋律可能是首席操作员Bob Moulton的主意，但为整个SMT编写了操作系统的Tom Folkers是将其付诸实践的人。
[173]2016年2月11日，在论文答辩后，我们在拉德堡德大学的礼堂观看了LIGO/Virgo合作组织的新闻发布会。当天的推文和图片见：https://twitter.com/hfalcke/status/697819758562041857?s=21；https://twitter.com/hfalcke/status/697805820143276033?s=21。
[174]Deutchlandfunk在2016年2月12日对Karsten Danzmann的采访见：https://www.deutschlandfunk.de/gravitationswellen-nachweis-einstein-hatte-recht.676.de.html?dram:article_id=345433。
[175]采访见：Mickey Steijaert, “The Rising Star of Sara Issaoun,” Vox: Independent Radboud University Magazine, June 21, 2019, https://www.voxweb.nl/international/the-rising-star-of-sara-issaoun。
