望遠鏡及技術相關問題

問：EHT使用多少望遠鏡？

答：EHT是一個還在擴展中的望遠鏡網絡。2017年4月在全球6個地理位置一共8個觀測站做了觀測。2018年的觀測中，陣列中新增了位於北極圈的格陵蘭望遠鏡，共在7個地理位置，有9個觀測站參加。於2020年新增兩個觀測站後，在全球9個地理位置上有11個觀測站。

問：什麼是「望遠鏡網路」？

答：對EHT的望遠鏡來說，「網路」的意思是它們彼此相連在一起，組成為陣列式望遠鏡，「合體」起來，像是一個單一望遠鏡，可以拍很遠很小的東西，那是任何分散開來使用時，任何單一一個望遠鏡都沒辦法辦到的事。

舉例來說，格陵蘭望遠鏡就是EHT 望遠鏡的一部分。EHT望遠鏡的成員彼此間，距離往往是隔海跨洲，及其遙遠，譬如：A在歐洲的阿爾卑斯山、B在太平洋夏威夷島、C在南美洲墨西哥、D在智利高原、E在北極、F在南極......但使用上，它是一個巨大的望遠鏡，至於望遠鏡口徑有多大，是由「基線」長度來定義，「基線」就是兩個望遠鏡之間的最遠距離－－可以像地球一樣大。

要怎麼想像為什麼可以有這種和地球一樣大的望遠鏡呢？可以這麼想，假設整個地球真的覆蓋了一個電波望遠鏡好了，現在電波望遠鏡的鏡面已經破了，只剩下其中7片，但如果這7片碎片彼此間仍保留著和原本沒破的望遠鏡一樣的物理組態，關連資料都在，那麼它們彼此就會還保持著同步，也就是有相關性可追溯，那真正的意思是說光（的波前）會很精確地在同一時間點上抵達個別「單元」（每個「單元」＝7片「碎片」）。這種「同步」或「相關性」意味著影像雖然不清晰但也還沒爛到我們無法把它重建的程度。要是把望遠鏡予以電子化相連──相連的方式可以在現場直接用光纖，也可以稍後用數位技術達成──只要把所有「相」的延遲修正，影像重建就可以完成，這種技術叫做「孔徑合成」，就好像重建了原本的望遠鏡鏡面一樣。當然鏡面碎片要是遺失太多的話，難免會有些誤差，這部分誤差透過校正技術仍可補救。

問：2017年4月，EHT用8座望遠鏡對黑洞進行為期一週的觀測。使用的是哪些望遠鏡？在所有這些望遠鏡上取得這麼多觀測時間，會不會很困難？

答：我們自認為還算滿幸運的，因為我們的科學目標廣泛獲認同，相當引人注目，所以許多天文臺在核准觀測時間上對EHT很支持。參與EHT 2017年觀測的電波望遠鏡觀測站有： 阿塔卡瑪大型毫米及次毫米波陣列望遠鏡（ALMA）智利，查南托高原，http://www.almaobservatory.org ，阿塔卡瑪探路者實驗（APEX）智利，查南托高原，http://www.apex-telescope.org，IRAM 30米望遠鏡，西班牙，韋萊塔峰，http://www.iram-institute.org ，詹姆士克拉克麥克斯威爾望遠鏡，夏威夷，毛納基峰，https://www.eaobservatory.org/jcmt ，大型毫米波望遠鏡，墨西哥，賽拉涅哥拉火山，http://www.lmtgtm.org ，次毫米波陣列望遠鏡，夏威夷，毛納基峰，https://www.cfa.harvard.edu/sma ，次毫米望遠鏡，亞利桑那州，葛蘭姆山，http://aro.as.arizona.edu ，南極望遠鏡，南極洲，南極科學考察站，https://pole.uchicago.edu/ 。並且還協調X射線和伽馬射線波段（同時）進行觀測。

問：南半球有哪些望遠鏡是EHT陣列的一部分？為什麼從南極過來的數據花了那麼長的時間才送到？

答：目前EHT陣列望遠鏡中，有三座位於南半球：阿塔卡瑪大型毫米及次毫米波陣列望遠鏡 (ALMA)， 阿塔卡瑪探路者實驗 (APEX) ，南極望遠鏡。每座望遠鏡都將EHT數據記錄到硬碟上，硬碟隨後運送到美國麻州麻省理工學院（MIT Haystack Observatory）的資料中心和德國波昂的馬克斯普朗克天文研究所。未來，EHT科學家和工程師希望在陣列中加入另一個南半球的毫米波望遠鏡：非洲毫米波望遠鏡，位於納米比亞，目前正在建設中。

從南極望遠鏡送來的數據花了那麼長時間是因為，南極科學站在冬季關閉，從2月到10月都沒有班機進出。EHT的觀測通常在4月舉行，因此望遠鏡操作員必須等到貨運班機恢復後才能將貨件送到資料中心。11月時，記錄EHT 數據資料的硬碟以南極站為起點，開始這趟陸海空旅行，途經南極洲海岸的麥克默多站、紐西蘭的基督城和美國加洲的休尼姆港。經過一個多月後，硬碟抵達資料中心。在慢慢預熱後，硬碟掛載到一個叫做相關器的超級電腦中，在那裡所有各地EHT觀測站的訊號都一起處理，使用特殊科技（叫做特長基線干涉法，VLBI），使EHT科學家能够像用一座虛擬式、地球大小的望遠鏡，在拍攝影像後，同樣地重建影像。

問：你們是不是只用電波望遠鏡觀測，還是同時也觀測了能量更強的高頻？電波望遠鏡具備哪些條件優於X射線望遠鏡？

答：EHT科學家和合作者的確試圖動員了多種不同波段的望遠鏡，讓它們與EHT同時觀測，這樣做的目的是提供多波段觀測結果，能研究訊號源的亮度在電磁波譜各不同波段中是否存有潛在相關性。特別是在近兩年，2017和2018年，各種波長超過1 mm的電波望遠鏡陣列（如GMVA、VLBA、KVN、HSA、EVN、RadioAstron）曾進行了協調觀測。許多可見光望遠鏡和紅外望遠鏡都監測了EHT目標，X射線望遠鏡：Chandra、Swift、Nustar和Astrosat，高能的伽馬射線天文臺：Magic、Veritas和Hess等，也有監測。

1毫米波段的電波觀測和其他波段觀測真正差別的地方在於其空間解析力。只有大如地球的EHT陣列在波長低於約2毫米左右的情况下做出的觀測才具有理論上够充分的空間解析力能分辨人馬座A和M 87黑洞之事件視界等極小的尺度。望遠鏡解析力和觀測波長成正比，與干涉陣列（如EHT）中最遠兩望遠鏡之間的距離成反比。其他的電波陣列，包括像GMVA這樣的全球陣列，不能在够短的波長下工作，而當波長短於約0.1毫米左右時，長距離干涉法在技術上又變得不可能。因此，其他波長的望遠鏡要嘛是能探測到的變化空間尺度較EHT觀測的大，不然就是很難準確地（以黑洞而言）辨別出變化發生在哪裡。