事件視界望遠鏡的下一步：黑洞彩色圖片

事件視界望遠鏡（Event Horizon Telescope，EHT）的天文學家們正在開發一種全新的觀測方式，可以用多種頻率同時觀測無線電波的天空，這項突破表示未來我們將能捕捉到超大質量黑洞的彩色影像。顏色是一件有趣的事，在物理學中，光的顏色是由其頻率或波長決定，波長越長（或頻率越低），光越偏向紅色光譜端；波長越短（或頻率越高），則越接近藍色光譜端。每個頻率或波長都有其獨特的顏色。

▲ 在多個頻率下看到的M87超大質量黑洞的模擬影像。（Source：EHT、D. Pesce、A. Chael）

然而，人類的眼睛並不是直接感知所有頻率。我們的視網膜有三種視錐細胞，分別對紅光、綠光和藍光敏感，這三種訊號組合後，才由大腦解讀為色彩。數位相機的原理也與此類似，感測器分別捕捉紅、綠、藍光，然後，電腦螢幕使用紅色、綠色和藍色像素，來欺騙我們的大腦看到彩色影像。

雖然人眼看不見無線電波，但無線電望遠鏡可以偵測不同的無線電「顏色」，也就是不同的頻帶。每個接收器都能捕捉某一狹窄頻率範圍（頻帶），就像光學望遠鏡捕捉不同顏色的光一樣。透過觀測不同頻帶，天文學家能夠製作出「彩色」的無線電影像。

但這裡存在一個問題，即大多數無線電望遠鏡一次只能觀測一個頻帶。這意味著，天文學家只能在不同時間，用不同頻帶重複觀測同一個目標，再將這些資料結合起來。對許多天體而言，這是可行的，但對於快速變化或視角極小的天體（例如黑洞），這種方式是行不通的。因為當影像變化太快時，將導致後續資料無法精準疊加。想像一下，如果手機相機在拍一張照片時，需要先分別拍紅、綠、藍色影像，然後再拼成一張完整照，這對於拍風景或自拍來說問題不大，但如果要拍攝運動場景，結果肯定會模糊失焦。

為了解決這個問題，研究團隊採用了「頻率相位轉換」（Frequency Phase Transfer）方法，用來克服大氣層對無線電波的扭曲影響。研究團隊使用3毫米波長的無線電波觀測天空，來追蹤大氣造成的相位擾動（類似光學望遠鏡用雷射追蹤大氣變化）。然後，同時在3毫米與1毫米波段進行觀測，再用3毫米波段的數據來校正1毫米波段的影像。透過這種方式，無線電天文學家就可以修正大氣層干擾，並捕捉不同頻帶的連續影像，進而製作出高解析度的無線電彩色影像。

這項技術目前仍在初步階段，這項最新研究只是該技術的一個展示，但它證明該方法是有效的。未來計畫例如下一代事件視界望遠鏡（ngEHT）和黑洞探測計畫（Black Hole Explorer），都可以基於這項技術進一步開發。換句話說，以後我們就有機會用彩色看到黑洞的實時畫面。相關研究成果即將發表於《The Astronomical Journal》期刊上。