#黑洞是如何形成的# 黑洞偏振照片发布！中科院上海天文台深度参与研究「中国科普博览」

北京时间2021年3月24日晚10点，曾成功捕获人类有史以来首张黑洞照片的事件视界望远镜（EHT）合作组织，又为揭秘M87超大质量黑洞提供了一个崭新视角：它在偏振光下的影像（图1）。

图1.（上）偏振光下M87超大质量黑洞的图像，图中线条标记了偏振的方向，它与黑洞阴影周围的磁场有关。（图片版权：EHT合作组织）

偏振片只允许特定方向的偏振光通过。下面这个动画显示了黑洞偏振图像在通过一个偏振平面不断旋转的偏振片后的变化。（视频版权：EHT合作组织）

大家还记得2019年EHT发布的首张黑洞照片吗？

图2. 2019年EHT发布的首张黑洞照片（图片版权：EHT合作组织。）

对比下这两张照片，是不是这次的新照片看起来清晰度更高一些？难道是EHT升级了望远镜阵列，像手机升级摄像头一样，提高了像素？并非如此。我们看到的新照片，其实与首张黑洞照片来自于同一批成像观测，但是这张“照片”是通过处理偏振信号获得的，所以我们称之为“黑洞在偏振光下的影像”。

这是天文学家第一次在如此接近黑洞边缘处测得表征磁场特征的偏振信息。该结果对理解距离我们5500万光年的M87星系如何产生能量巨大的喷流十分关键。

那么，什么是偏振呢？让我们从头说起。

什么是电磁波的偏振？

偏振（也称极化）是横波的一种属性，指横波在与其传播方向垂直的平面内沿着某一特定方向振荡的性质。光是一种电磁波，由耦合振荡的电场和磁场组成，而电场和磁场的振荡方向总是互相垂直的。在自由空间里，电磁波是以横波方式传播，即电场与磁场又都垂直于电磁波的传播方向（图3，上）。按照常规，电磁波的“极化”方向指的是电场的振荡方向。

图3. （上）电磁波传播示意图。（下）非偏振的入射光经过线偏振片后成为线偏振光，再次经过四分之一波片之后变成（从接收端看）左旋圆偏振光。

如果电磁波的电场只在一个方向上振荡，则称为“线偏振”。若随着电磁波的传播，电场的振荡方向是以电磁波的波频率进行旋转，并且电场矢量的矢端随着时间勾绘出（椭）圆型，则称此电磁波为“（椭）圆偏振”；对于这两种情形，又可按照电场矢量旋转的方向分为“右旋（椭）圆偏振”和“左旋（椭）圆偏振”。

一般生活中的光，比如太阳光、白炽灯光等，振动在各个方向是均匀分布的，称为非偏振光。偏振光的产生可以通过多种方式实现，常见的方法是让非偏振光通过一个偏振片，只让沿着某特定方向偏振的光波通过。而线偏振光经过四分之一波片后可变为椭圆偏振光，并在特定角度下（当线偏振光的振荡方向与波片光轴方向成±45°时）变为圆偏振光（如图3,下图所示）。

为什么EHT能拍摄到黑洞边缘的偏振？

在射电天文领域，我们接收到的大部分天体信号是偏振光，例如黑洞产生的喷流，其射电波段的辐射对应的主要是相对论性电子（速度接近光速）在磁场中沿弧形轨道运动时所发出的光，专业名词称作同步加速辐射。

由于偏振辐射是个包含大小和方向的矢量，通常在小尺度致密区域探测到的偏振辐射比较明显，接近真实的情况，但若是没有足够的分辨本领探测这些区域内偏振辐射的话，观测到的偏振特征就会由于叠加效应而被削弱。

此外，由于不同致密区域的法拉第旋转等效应，即指在磁化介质中偏振的方向会发生旋转，会削弱偏振特征，也会造成在黑洞边缘区域难以探测到明显的偏振。值得注意的是，法拉第旋转效应所造成的偏振方向旋转的幅度跟波长的平方成正比，即波长越短，旋转幅度越不明显，其偏振的特征越不容易被削弱。

此次EHT能够拍摄到黑洞阴影周围的高分辨率偏振图像，主要归功于两点：一是EHT的高分辨本领，让科学家们能够分解开这些致密区域；二是观测波段在短毫米波段，从而大大削弱了法拉第旋转效应的影响。

怎样拍摄黑洞偏振图像？

此次获取的M87黑洞偏振图像与首张黑洞照片来自于同一次成像观测（Event Horizon Telescope collaboration et al. 2019）。EHT在为黑洞进行拍照观测时就充分考虑到了偏振成像（江悟等，2019），因此，在接收和记录电磁波信号时，已将能恢复电磁波偏振信息的两路正交偏振信号采集并记录了下来。

为了获取2019年4月10日宣布的首张黑洞照片（总强度图），需处理各个台站间相同偏振方向的互相关数据。而为了获得此次发布的偏振图像，则更加复杂，还需要对所有台站之间的交叉偏振信号进行处理，其中的难点在于对台站偏振参数进行校准。所谓台站偏振参数，指各个台站实际接收偏振信号时，原本期待接收两路“干净”的偏振信号，但实际上接收的其中一路偏振信号，难免会“掺杂”有另一路偏振的信号。

图4.本文作者及合作者于2019年7月15日至19日在位于德国波恩的马普射电天文研究所进行的EHT偏振校准工作会议期间合影。这次会议主要是针对M87偏振观测数据的校准及成像。（照片来源： E. Traianou/马普射电天文研究所。）
为了能及时对M87黑洞进行偏振成像，在首张黑洞照片发布后的第3个月，EHT合作组便在位于德国波恩的马普射电天文研究所举行了为期一周的主题为偏振校准及成像的工作会议（图4，上）。

如今回想起来，当时会议过程也是一波三折。由于一开始用预选的校准源来对M87的偏振数据进行校准测试，并没有得到预想的结果，大家都开始担心起来。直到会期中间，替换了另外的校准源，且直接用M87的观测数据本身做偏振校准，结果不同的小组利用不同方法都可以得到比较一致的初步结果（图4，下）。大家这才发现，由于预选的校准源偏振结构复杂，并不适合用作校准源。这时大家才放下心来。后来，又经过长期的工作和反复讨论，才最终敲定黑洞偏振图像的结果（Event Horizon Telescope collaboration et al. 2021a）。

偏振图像可以告诉我们什么？

EHT在事件视界尺度上对M87超大质量黑洞周围的偏振辐射进行的成像，可以用来探测黑洞附近磁场和等离子体的性质，从而理解黑洞如何“吞噬”物质并发出能量巨大的喷流（Event Horizon Telescope collaboration et al. 2021b）。

观测发现黑洞图像的线偏振度较低,表明偏振结构在比EHT的分辨本领更小的尺度上被扰乱，这或许是由黑洞周围辐射区域内局部的法拉第旋转所造成。同时，图1中的线条（偏振的方向）所展示的图案意味着该辐射区域存在有序的磁场结构。

通过与广义相对论磁流体动力学理论模拟生成的大量黑洞偏振图像的定量比较，研究团队发现，只有以强磁化气体为特征的理论模型才能解释在事件视界看到的情况并产生足够强的相对论性喷流。这些成功的模型可进一步推断M87中黑洞的物质吸积率的大小（即黑洞吞噬物质的快慢），即每千年吞噬0.3到2倍太阳质量的物质。这些结论大大加深了我们对黑洞周围物理环境的理解。

下一步和未来

从观测上直接接近黑洞的边缘，从而在几个史瓦西半径的尺度上不断探索黑洞周围的时空特性和物理过程，这代表着人类认识宇宙手段的一大突破。

然而，目前的EHT阵列中，望远镜数目仍然较少，基线覆盖还比较稀疏,尤其是，由于银心黑洞受到星际散射的影响以及相比目前成像所需时间（数个小时）要快得多的结构变化，成像并非易事。

鉴于此，EHT合作在M87黑洞首次成像后，提出了下一代EHT计划（即next generation EHT, ngEHT），计划在近10年内完成。ngEHT计划通过在地球上布设更多的亚毫米波望远镜、增加观测灵敏度及频率覆盖等来提升黑洞成像的质量并提供更多观测信息，尤其是要提升成像速度以进一步制作黑洞“动画” (Blackburn et al. 2019)。

同时，国际上也在探讨、预研空间亚毫米波阵列（Haworth et al. 2019），以此进一步提升黑洞成像的质量及效率。

由于地球的自转，东亚地区的台站将会是拍摄黑洞动画所需的成像接力中不可或缺的部分。目前，日韩等都已在积极致力于这一国际努力。例如，韩国目前正在平昌建设新的亚毫米波望远镜，有望在未来几年内加入EHT阵列。实际上，由于中国幅员辽阔并且存在优良的亚毫米波望远镜台址（如西部地区），若是在这些地区布设亚毫米波望远镜的话将会提供黑洞成像/摄像所需的独特基线覆盖。

如果说我们目前已经积极参与到黑洞成像这一国际合作项目的话（路如森等，2019），在黑洞成像/摄像开展得如火如荼的今天，笔者不禁思考：我国何时才能拥有一台真正属于自己的亚毫米波（VLBI）望远镜甚至一个阵列？

希望这一天离我们不太遥远。
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搜狐娱乐专稿（林真心/文）“限酬令”升级！5月7日，中国广播电视社会组织联合会、中国网络视听节目服务协会发布了《演员聘用合同示范文本（试行）》，针对演员片酬的几种情形提出了明确规范，其中就包括劳务合同须以本人名义签订、片酬不得以现金方式支付、不得以亲属名义签约等等。从演员片酬不得超过制作成本的40%，到越来越细的劳务合同拟定方式，规范强度越来越大，此次新规又将带来怎样的“震荡”？搜狐娱乐对话了制片人谢晓虎，制片人小文（化名），及中腰部演员小郝（化名）后了解到，本次新规不仅仅针对头部演员，更严格限制了中小演员的片酬，也将对艺人经纪公司造成影响。“这一次，把问题摆到明面上”针对“天价片酬”出台相关政策，其实不是第一次了。早在2017年，中国广播电影电视社会组织联合会电视制片委员会、中国广播电影电视社会组织联合会演员委员会、中国电视剧制作产业协会、中国网络视听节目服务协会就联合发布了《关于电视剧网络剧制作成本配置比例的意见》，明确提出要把演员片酬比例限定在合理的制作成本范围内：全部演员的总片酬不超过制作总成本的40%，其中，主要演员不超过总片酬的70%，其他演员不低于总片酬的30%。那这一次的《演员聘用合同示范文本（试行）》，为什么值得关注？因为除了再次强调片酬比例之外，演员纳税和片酬支付方式也第一次被摆到了台面上。一方面，演员片酬等劳务合同须以本人名义采取书面形式签订，不得为税后收入合同，不得以近亲属或其他与演艺活动无关的关联方个人名义签订咨询、策划等合同分拆片酬；另一方面，片酬等劳务收入，不得使用现金方式支付，不得以股权、房产、珠宝、字画、收藏品等变相支付报酬形式隐匿收入。这几条规定，直接点出了演艺圈内部的乱象。制片人谢晓虎告诉搜狐娱乐，长期以来，有些演员方签署劳务合同可谓“想尽了各种招式”。第一种，也是最直接的一种，就是要求现金支付。“现金查不到账，所以演员要收100万的话，就会提出‘90万打给我，10万块钱签合同’。”第二种是挂名监制、制片等岗位，简称“策划合同”，意思是在规定的片酬之外再用其他身份变相获得“酬劳”。第三种则是由亲属签约。这个很好理解，“因为非演员需缴纳的所得税比例会相对更低一些。”除此之外，还有近些年越来越常见的方式是利用工作室“避税”。“即使上头三令五申，都无法根本解决这些问题，他们还是有办法。”谢晓虎说道。但新规出台后，这些过去能钻的漏洞都被“堵”上了。针对的也不仅仅是头部演员、天价片酬，直接覆盖了所有梯队的演员。中腰部演员小郝告诉搜狐娱乐，她此前与片方签约都是通过经纪公司，属于丙方。“公司帮我签约，我拿到手的就是一份税后合同。我有朋友是没有经纪公司的，会直接和甲方签，需要自己交个税，很麻烦。所以一般都是签税后，税是甲方交。虽然因人而异，但是大部分是签税后。”（《我就是演员》剧照 图文无关）制片人谢晓虎也透露，小演员会主动提出“税后片酬xx万”这样的要求。“有很多小演员是这样的，如果有40场戏，他会直接说要税后50万。也有一些来客串两天的，之前都是包个红包。”因此，在业内人士看来，现在明确不能用现金结算，所有演员必须签订合同，“规范了不少”。“一开始是限制片酬，后来在政策推进过程中冒出来了代签、虚假合同、支付漏洞这样的问题，所以这次合同模板里就把这些都梳理清楚了，在原来大方向的基础上，提供了具体的意见。”制片人小文总结道。压力也给到经纪公司和剧方虽然更规范更明确了，但业内人士还是很担心“实操”问题。小文觉得，对于影视行业这样一个“变动系数特别大”的行业来说，把合同规定得这么“死”，可能会造成诸多不便。尤其是现在，疫情加剧了“不稳定性”，剧组不得不更加小心翼翼：拍摄期要保证进度，后期还要安排配音、宣传等一系列工作。“一个项目也许计划是60天拍完，但中间碰到天气不好或者疫情，很多天都不能拍，这种情况需要从原来的预算里挪用一些其他地方的资金，来保证拍摄能够完成。那如果现在的合同都是规定得这么死，等于把所有人都框在那个地方了。”（《爱情而已》开机剧组照 图文无关）一旦遇上不可抗力，合同中明确规定的演员工作期限或许也不得不延长。而能不能延长，得具体看艺人的工作安排会不会有冲突。这无疑又是考验“艺德”的时刻。不过，新规发布后不少人关注的演员“配音”、“原声”问题，在业内人士看来倒不会有多大的影响。虽然合同明确了“演员方应按照约定的时间地点完成该剧的后期配音及相关后期制作工作，如演员方无法按照甲方要求（未能按时配音或配音质量欠佳等）完成配音工作的，演员方同意甲方有权为演员方出演角色选择专业配音演员进行配音，相应成本（如配音酬金、差旅、食宿等）由演员方承担，或在支付给演员方的片酬中予以扣除”，但不代表大家期待的“原声时代”即将到来。（《声临其境》剧照 图文无关）“通常配音都是提前商量好了的，因为现在的剧为了赶拍摄周期都是现场不收音的，很多找配音，或者后期演员自己进录音棚。我从来没遇到过哪个演员不愿意配音的，不会出现什么要演员出钱的情况。”小文透露。真正遇到“大变动”的，是经纪公司。《演员聘用合同示范文本（试行）》不仅对演员、剧组有更明确的规范条例，也把压力给到了影视经纪公司。（图文无关）据小郝介绍，由于剧方（即甲方）一般都是与艺人所在的经纪公司签约，许多大型经纪公司就充当了乙方，签完合同再私下和艺人（即丙方）按一定的比例分成。“所以艺人具体所得，其实是对甲方保密的。”而新规中明确了 ：“严格区分个人收入和工作室经营所得、公司收入；演员聘用合同书应列明演员经纪公司/演员工作室与演员本人之间的酬金分配以及对应合同义务等情况。”如果甲乙丙三方中甲方给了多少钱、乙方收走多少钱、丙方收走多少钱都必须写明，这就意味着，以后影视剧签订艺人后，经纪公司要怎么和艺人分成、公司具体会给某个艺人多少片酬都是公开的了。“可能比起演员，更难接受的是经纪公司。”小文透露：“经过这几年来几轮大的查税，头部演员翻车，所有演员都会在税务上很谨慎，因为他们很怕。交税和他的事业相比，一定是事业更重要。所以近几年爆出来有问题的合同，都是几年前的项目，不管是之前的某某还是某某某，都是几年前的事了。”演员们已经做好了心理准备，但对于经纪公司来说，要明确公开公司和艺人分成比例这样的“机密”，这还是头一次。如果真能按照新规推进，或许在不久的将来，大家又会为艺人和经纪公司的真实收入震惊了。

参话头
公案中大多是有一个字或一句话供学人参究之用，称为"话头"。如问："狗子还有佛性也无？"答："无。"此"无"字即是话头。参禅时，在公案的话头下工夫，称为参话头。
中文名
参话头
由来
参禅时，在公案的话头下工夫
禅宗的代名词
参话头是禅宗最具代表性的法门
法门依据
《高峰原妙禅师禅要》等
快速
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释义示例三要预期变化
概况
参话头是禅宗最具代表性的法门，自北宋末年的大慧宗皋禅师大力提倡以来，几乎成为禅宗的代名词。千年来，在话头下参悟的祖师不计其数；而由于祖师的亲身履践，也使参话头这一法，淬砺得更加善巧与精致。
释义
综述
参话头广受中国佛子欢迎的原因，在于它的入手处极为简易，但却开悟速捷，只要靠住一个话头，起疑情、参到底，就可以了脱生死。可惜的是，宗师隐没之后，参话头的具体方法并没有很好地传承下来，致使佛弟子或眩惑于祖师的机锋、公案、家风，而成为口头禅；或鄙于宗门知见浑沌的流弊，而弃如蔽屣。但其实在祖师语录中，保留了非常多实际用功的资料可供我们重新去认识它，只是一般人不太了解。惠空法师从祖师语录中认识到参话头的殊胜及具体方法，并选择它作为佛藏僧团的主要修持法门，也希望介绍给大家一同来熏修。
法门依据
一、主要典籍：
（1） 《高峰原妙禅师禅要》（续藏122册）
（2） 《天目明本禅师杂录》（续藏122册）
（3） 《大慧普觉禅师语录》（大正藏47卷）
二、参考典籍
（1） 《圜悟心要》（续藏122册）
（2） 其它：如《博山参禅警语》（续藏122册）、《禅宗直指》（续藏122册）等
具体运心方法
「参话头」[1]这一方法，不了解的人，总以为很玄奥，其实说破了，却极为平常。它的巧妙，就在「话头──疑情──参」一句话上。
所谓「话头」，是在自己心头上提一句问话，如「念佛的是谁？」、「父母未生前的本来面目是什么？」这句话本身就是一个问题，一个疑问句！所以当我们提话头时，绝对不要动第二念去想，而是当下、直接去体会它本身所带起的那份疑问的感觉。那种没有办法解答、不知道答案的「疑问」，就是「疑情」。疑问的感觉保持住以后，我们会迫切的想要知道答案，这时在疑情之上，要提摄一种要去看透、追究的觉知照了的力量（近似于永嘉禅法「看」的感觉、「惺惺」的作用），是一种没有妄念下的觉知力。这股觉照力，因为疑情的推动，一直冲向心源深处去追究答案，这就是「参」。所以参话头的巧妙，完全表现在疑情使觉照力向心源推动的作用上。
示例
拖死尸的谁
活着的人可以跑、跳、说话，但是一旦死了，就是一具尸体，一动也不动。想想看，活着时候的这个色身，跟死了以后的死尸，不是同一具色身吗？
当「谁」字被提出来的时候，心就定在「谁？」字上不动，保持住「谁？」，当下会有一种疑问的感觉。在疑情当下，绝对不要动念去思维答案；妄想来了，就再把「谁？」的感觉提起，昏沉来了，也只是专注在「谁？」的疑问上。然后在「谁？」的疑问上，心不动的惺惺地着意去看照、追究，这就是「参」。其它像「念佛是谁？」、「父母未生前的本来面目是什么？」都有类似的作用，都是在追究「谁？」。
刚开始用功时妄想多，疑问的感觉很容易就跟着妄想打掉了；慢慢的，话头提稳了、绵密了，妄想不容易打进来，疑问的感觉也就能持续，参的力量就会慢慢增长。
参话头就只是这么参，这么简单！没有深奥的理论、没有曲折的过程，参到疑情打破，就开悟了脱生死。高明的禅法就是如此，简单而有力量，愈简单就愈好用，最好是每个人都可以用，这就是它可贵的地方。
狗无佛性
禅门中有名的赵州和尚，当人问他：「狗子有没有佛性？」他说：「无。」我们都知道，佛说：「众生皆有佛性」，狗也是众生，当然也有佛性！蚂蚁、蚯蚓都有佛性，连鬼神也有佛性，狗当然也有佛性！可是为什么赵州说狗没有佛性呢？这不是违背佛陀的教法了吗？
所以当我们问：赵州为什么说「无？」的时候，念头就停在这「无~~？」上产生疑问──「为什么无？」可是心不准动念，连个「为什么」都不要，只是「无？」；甚至连「无」字也不要，就只有疑。能够一直疑下去，那就是「参」。
功夫上路以后，只要「无？」的念头一提起来，一切念头就被扫荡尽净，只有「无？」的疑情停在那里，再进一步，就只有疑，一提就是疑惑的感觉，整个身心就在疑情当中。
三要
大信心
首先，要相信我们每个人都有佛性，相信自己绝对可以成佛；其次，要相信参话头这个方法，绝对可以引导我们开悟，不管他人说其它法门有多好，绝对不丝毫移易。
大愤志
相信之后，就要很努力，放下一切的参下去。也就是要有一决生死的承担力。常将「生死大事」放在胸中提醒，疑情参不破，如无常杀鬼守在门口，故要有「蚊子钻铁牛」、「担雪填井」般的死志，愈参不破，愈要参去！
大疑情
（一） 疑以信为体、悟以疑为用──参话头的善巧，就在于「疑情」上，古人说「大疑大悟、小疑小悟、不疑不悟」，正说明了疑情对于开悟的推进作用。但疑情的发起，必须建立在对法门的信心上，相信就这么起疑参究去，绝对可以了脱生死。所以高峰禅师说：「信有十分，疑有十分；疑得十分，悟得十分。」
（二） 惺惺着意疑──所谓惺惺着意疑，其实就是参的状态。「惺惺」是指警醒、觉明的照了。对于话头上的疑情，要一直去觉了、推溯，但却不是牵动心意识的「想」，而是一种「离心意识参」的惺惺照了。
（三） 只就一个话头上起疑──祖师说，古人也疑，只是不假话头，只疑自己的生死。后人不懂得疑，妄想也多，才给话头当拐杖、敲门砖。所以尽管话头很多，契机也有不同，但疑情只是一个，因此，要大家只在一个话头上起疑；一个话头上疑破，千疑万疑都破。否则东疑西疑，终不得成就。
预期变化
头胀、胸闷
参的力量，是一股非常强劲的觉观力，初参的人，对方法不熟悉，加上妄想多，要想掌握这股觉观力，不自觉的就会费很大心力，心太躁进，影响气脉不调，容易有头胀、胸闷的现象。这时只要将功夫稍微舒缓一下，慢慢熟练之后，就可以改善。
睡眠减省
由于觉照力强，只要参究的力量在，可以一直保持醒觉，可能晚上会睡不着，或似睡非睡。只要色身承受得了，可以一直用功，不必强迫入睡，等身体累了，想睡再睡。
分别心减弱
参话头的觉照力，是针对疑情的。也就是说，它只专注在疑情上，而不旁骛其它。所以当疑情大到笼罩整个身心，对外界的反应，就显得迟滞，亦不想去攀缘、计较，分别心自然减弱，这是用功得力的正常反应，应自我策勉，更绵密的参究。