為何2017年拍的黑洞照片，要等2022年才公布？
我們想讓你知道的是
由於每次拍下的Sgr A*照片都不同，我們只能像盲人摸象般看到局部的真實。
文：臨狼（在藝術中尋找天文蹤跡）
對於許多人來說，M87和Sgr A*（Sagittarius A*）的黑洞照片，看起來都差不多，兩者都是在2017年觀測的，為甚麼Sgr A*的照片要2022年才才公佈？Sgr A*的相片有甚麼特別？
一：觀測難度更大
Sgr A*位於銀河系中心，距離地球約26,000光年[1]；M87則是室女座的巨型橢圓星系，距離地球約5,500萬光年。雖然Sgr A*比M87距離地球近得多，但相比下觀測Sgr A*卻更困難。
從上面的立體示意圖可見，觀測SgrA*時需向銀河系內看，光已經過了銀河系盤面，受較高密度的星際物質影響；而觀測M87時向銀河系外／上看，路徑直接穿出銀河系盤面，光只經過了星際間較低密度的星際物質。
當光穿過星際物質時，會發生散射（Scattering）的現象。光會受到離化粒子（如電子）影響偏離它原有軌跡，「一點光」會因而變為「一團光」。觀測Sgr A*就好像是在拍攝霓虹燈前的螢火蟲，背景過多的雜訊使主體亦難以被看見。科學家需要把收集的數據除去散射的影響後，才能還原真實的黑洞樣貌，但過程中難免會有失真。
二：成像難度更大
M87跟Sgr A*都是會旋轉的黑洞。當黑洞旋轉時，其外沿的結構會隨時間改變。而我們稱需察覺其改變的時間為變異時間尺度（Variability timescales） ，數值界於4 π tg至～29.4 π tg之間（ tg ≡ GM/c³）。
M87的重量為65億M☉[2]，而Sgr A*的重量則為400萬M☉，比M87輕多於1,500倍。代入算式可得出M87的變異時間尺度為約5日至1個月，而Sgr A*則只有約4至30分鐘。M87較長的時間尺度確保了它在每次拍攝中都是不變的，但Sgr A*卻會在拍攝期間不斷變動，以致拍攝到的每張照片都不同。
由於每次拍下的Sgr A*照片都不同，我們只能像盲人摸象般看到局部的真實。為了解決這個問題，科學家用了很長時間來製作計算模型，以類似「求平均值」的方式，製成最終代表性的圖像。
以拍攝雪山為例，為了減低環境對照片的影響，我們可以選擇在不同條件下(例如不同時間、天氣等)都為其拍下一張照片，以合適的比例合成為一張照片。在保留共通點及褪走相異後，影像即更為接近真實。
使用EHT觀測黑洞，就像是在辨識一首使用缺鍵的鋼琴彈奏的歌曲，在缺漏處能存在無數可能性。如何才能正確地填滿缺失，便成為了一個難題。EHT的團隊則把收集回來的觀測數據，以不同演算方式模擬出儘量多的影像，然後按照其特徵分類。當中三類的相片都呈現了環狀的結構，僅極少的影像沒有出現非常清晰的環狀，很大程度上確定了Sgr A*的環狀外型。
然而，「平均化」這個方案亦不是天衣無縫的，最大的壞處就是會模糊了影像。例如，按照都卜勒效應（Doppler effect），吸積盤發出的光子接近地球時，我們觀測到的波長會變短、亮度會變光，反之亦言。我們可以在M87上清晰地看到向地球方向旋轉的半條亮環，而在Sgr A*上卻只能看到三個光點，難以只依靠最終相片分辨Sgr A*的旋轉方向。
三：進一步驗證廣義相對論
不論是較輕的Sgr A*還是較重的M87，不同質量的黑洞都共同展現了環狀的結構，它們的特徵極度符合廣義相對論對克爾度規（Kerr metric，一種會旋轉的黑洞）的描述。例如上面提到，Sgr A*黑洞「看起來」約為52μas。而影像中光環的角直徑則為51.8 ± 2.3 μas ，極為接近理論值，再次驗證廣義相對論在描述引力方面的有效性。
四：與世人有何關係？
印證廣義相對論的確不像耶倫發表的言論般，會突然重大影響經濟市場；亦未必像藝術品般長久觸動人心。許多人甚至沒有聽過廣義相對論，然而它卻應用在我們每天都會用到的全球定位系統。隨着EHT的精進及其他技術的發展，未來必定能讓大家一睹黑洞的真貌。更清晰的相片亦有助科學家去進一步驗證廣義相對論，又或可以將理論推而廣之，尋找到那描述宇宙的終極理論，推進人類社會的發展。
注釋：
- 光行走一年的距離，約為9.46兆公里。
- M☉ 為一個太陽質量，約為2×1⁰³⁰ 公斤。
參考論文：
- First Sagittarius A* Event Horizon Telescope Results. I. The Shadow of the Supermassive Black Hole in the Center of the Milky Way
- First Sagittarius A* Event Horizon Telescope Results. III. Imaging of the Galactic Center Supermassive Black Hole
- First Sagittarius A* Event Horizon Telescope Results. V. Testing Astrophysical Models of the Galactic Center Black Hole
- First Sagittarius A* Event Horizon Telescope Results. VI. Testing the Black Hole Metric
- First M87 Event Horizon Telescope Results. V. Physical Origin of the Asymmetric Ring
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本文獲作者授權轉載，原文請看作者Medium。
責任編輯：Alex
核稿編輯：Alvin
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當風水成為我們的語言——跟著風水名師的腳步，重訪全球知名景點
我們想讓你知道的是
無論古今中外，能夠永傳不朽的建築物，除了奠基於各地深厚的⽂化底蘊，和當時重要的哲學思考之外，其實也都依循著天⼈地合⼀理念，觀察當地的環境與氣候、為了服務使⽤者的需求⽽建設。
江名萱老師深入研究風水的契機，可以說是因為旅行所帶來的啟發——在旅行至北京故宮的時候，對於整個建築群落的方位、形狀、位置等都遵循著青囊經的原理所設計，有著強烈的感觸。
因此，原本就熱愛旅行的江老師，帶著強烈的好奇心和求知欲，走訪世界，考察各地的建築物。他發現，能夠永傳不朽的建築物，除了奠基於各地深厚的文化底蘊和當時重要的哲學思考之外，其實也都依循著當地的環境與氣候、使用者的需求而建設，和江老師順應自然的風水概念不謀而合。例如巴黎的聖母院、印度的泰姬瑪哈陵等建築，都能在天人合一的設計下，達到一種平衡、和諧的效果，並且更好地利用自然的能量。
與天對話：巴黎聖母院
「建築物的存在，是要為裡面的人所服務。所以，所謂好的建築風水，其實是應天、應地、應時、應人制宜。」因此，雖然我們可以看到聖母院中央的玫瑰窗，是一個非常強大的風水符號，代表光明、能量和生命力；聖母院的塔尖，也象徵著穩定、領導力，以及上達天聽的請求。但更重要的是，屬於宗教建築物的聖母院，為所有信仰著神的人們，所帶來的莊嚴、平靜感受。「聖母院營造出非常強烈的和諧的氛圍，你可以想見當時的設計師，在設計這個建築物及其所創造出來的空間時，所有的考量都是為了讓人的內在可以安靜下來、與天／神對話。」江老師指出。
巴黎聖母院建築風格是哥德式建築，它的建造開始於1163年，耗時超過200年。教堂的尖頂屋頂，不只是融合了各種藝術風格的幾何美學，更代表著天地宇宙之間的聯繫。這種尖頂建築形式，在古代被視為智慧和神聖，有向上流動的能量。象徵著天空和地球之間的聯繫，連接聚集天地宇宙之間，讓整個建築物更加神聖，充滿生氣和活力，並為⼈們帶來好運和幸福。
在古代文化的哲學中，太陽代表著宇宙和自然界的秩序、生命和創造⼒、上帝神性力量等等。所以在建築的設計和規劃中，必須要考慮季節的變化，和太陽的位置，以確保光線在建築空間中，可以達到最佳的利用。聖母院的三扇玫瑰花窗，被認為是世界上 最美麗的玻璃藝術品之⼀，當你走進聖母院中，透過玫瑰花窗所照進來的彩色光芒，加上吟誦詩歌的聲音，還有焚燒香料所產生的煙霧，體現了像是引導人們的心靈，通往宇宙智慧神性的力量，彷彿可以治癒和平衡我們的身心。
「整體而言，巴黎聖母院的每一項設計、每一處細節，都讓人感到非常平靜。」江老師又補充道：「這就是好的風水，所帶來的能量。」
深埋於地的愛：泰姬瑪哈陵
談完了聖母院，江老師又繼續分享她在泰姬瑪哈陵的經歷。「如果聖母院是一棟與天對話的建築，那麼泰姬瑪哈陵想要傳達的，則是一份深埋於地的愛。」位於印度的泰姬瑪哈陵，不只是印度文化的代表性建築，也是世界文化遺產之一。泰姬瑪哈陵始建於1632年，耗時約22年完工，在建築風格上，它結合了印度傳統建築和伊斯蘭建築的元素，以白色大理石為主要建材，建築外牆有細密的浮雕和嵌花紋飾，表現了印度文化的細膩和精緻。在陽光照耀下，白色大理石的建築散發出耀眼的光芒，展現出浪漫、華麗的氣息，「但是當你走進泰姬瑪哈陵之後，除了感受到它的莊嚴、神聖之外，還有一份濃烈的愛情。」江老師說道。
蒙兀兒帝國的第五代皇帝沙賈汗，和他的妻子慕塔芝．瑪哈王后深深相愛，即使沙賈汗要前往戰爭的最前線，慕塔芝也會相伴在旁，兩人感情十分深厚。但令人惋惜的是，慕塔芝在1631 年的征戰途中難產而亡，沙賈汗在悲痛之餘，承諾為她建造天上人間、無與倫比的美麗陵墓——泰姬瑪哈陵。
這座象徵沙賈汗畢生激情和財富的美麗紀念物，每年吸引了成千上萬的國內外遊客前來參觀，感受這份愛情的真切。「剛才講到聖母院有尖塔，我們可以注意到，泰姬瑪哈陵的屋頂也是尖頂，同樣象徵著天空和地球之間的聯繫。皇帝沙賈汗希望透過泰姬瑪哈陵向上連接，跟他⼼愛的瑪哈王后能夠永恆緊密在⼀起。」泰姬瑪哈陵在風水上還有一個特點，就是利用水池來達到陰陽平衡的作用。「水是陰性的象徵，而白色大理石所建造的陵墓則是陽性，因此，水池的存在可以平衡建築物和自然環境之間的陰陽能量，創造出和諧的能量和氛圍。」除此之外，江老師也認為在像印度這樣炎熱的地區，利用水池的清涼氣息，撫平人們的情緒、創造安定氛圍，進而幫助人們減輕壓力、放鬆身心。因此泰姬瑪哈陵也是一個「應天、應地、應時、應人而制宜」而建成的建築典範。
傳世六百年之作：北京紫禁城
紫禁城是中國古代明、清兩朝24位皇帝的居所，建於明成祖永樂4年（1406），於永樂20年（1420）完工。占地面積72萬平方公尺，建築面積約15萬平方公尺，是世界上現存規模最大的宮殿型建築，整個建築群給人威嚴而神聖的感覺，是皇權的象徵。雖然紫禁城至今已有六百多年的歷史，但依然保持著它的輝煌和美麗，其中風水的佈局，是紫禁城能屹立不搖至今的重要因素之一。
當年永樂皇帝在建造紫禁城的時候，他要求紫禁城建築佈局形狀和方法，都要符合風水學中的宇宙觀，以及天地人萬物合一的理論。因此，紫禁城的主要建築，都建在南北的中軸線上，這代表著能夠吸收天地間的能量，東西方向的建築物較少，是為了可以利用南北向的通風和自然循環，達到環境的舒適感。
以紫禁城太和殿的設計為例，這個皇帝接近朝臣的宮殿，不僅考慮到太陽的位置、建築物的形狀、360度的方位等等，還有周遭的水源、水流、風向、陽光以及山水環境、生活機能等多個面向。例如太和殿的正門面向南方，就是為了要確保日照充足，可以為太和殿帶來更多的光線和暖氣。而在正午時分，陽光會直射在皇帝的龍椅上，讓這裡充分地接收滿滿的太陽能量。
青囊經中提到：「明地德，立人際，因變化，原始終，此謂之化成。」紫禁城風水設計，是創造出一個巨大的立體空間，裡面有陰陽、南北、前後、東西、左右、內外、動靜、虛實，是因為建築師／設計師能夠將這些元素完美的連結起來，因此成就了永垂不朽的紫禁城。而整個紫禁城的建築群，也因為與自然環境融為一體，呈現出一種高超的的藝術美感。
「如果我們回到600年前，紫禁城建造之初，想必是永樂皇帝將想法、理念，與設計者溝通之後，所誕生的結果。他們當初的偉大理想是什麼？風水方法又是什麼？在整個建造的過程中，永樂皇帝和設計者之間的信任也是非常的重要。作為皇帝，永樂皇帝必須展現領導者的遠見和決策力，但又必須給予設計者充分的自由和支持。讓他們充分發揮自己的才華和創造力。如此一來，才能共同完成這件舉世無雙的建築作品。」江老師補充道。
「風水的學問，是全世界共通的，我們東方有陰陽五行術數之源的《河圖洛書》，西方也有由四元素和以太所對應而形成的梅塔特隆立方體。」建築設計最精彩、也是最核心的表現，就在於它如何讓人心的空間、建築的空間、自然的空間、宇宙的空間，互相連結滲透，能量循環不已。對江老師來說，無論古今中外，這些能夠矗立千百年之久的建築物，都是能順應著自然的脈動、四季的變化，讓建築引導著宇宙、自然的能量，為身在其中的使用者所服務，同時創造出最適合使用者的安適環境，使用者自然能夠感到心神平靜，從而展現宏大的精神面貌。江老師也相信，風水的千年智慧，是值得我們現代人細細研究、推廣的一門學問。
