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说起“黑洞”，人们很容易把它想象成一个黑窟窿，其实不然。黑洞是宇宙中最为神秘最为极端的天体之一，说它“黑”，是指它就像宇宙中的无底洞，任何物质一旦掉入黑洞，就再也无法逃脱这个“神秘怪物”的魔掌。
那究竟什么是黑洞？它有多大？有哪些种类呢？还有，它们是如何诞生的？既然它们是“黑”的，科学家又是如何“看到”它们的？本文将试图通过对这些问题的探讨，和大家一起揭开“怪物”黑洞的神秘面纱。
什么是黑洞？
黑洞是宇宙中最奇异同时也是最令人着迷的天体，它密度极高，引力极强。提到它，我们首先要从物体的“逃逸速度”谈起。比如，我们从地球上发射一枚火箭，若想发射成功，就要求它必须克服地球的引力束缚。若这枚火箭携带的燃料足够多，最终将它的速度加速到了超过地球的逃逸速度（约为11.2千米/秒），那么，它就可以去更遥远的外太空翱翔。
逃逸速度主要取决于该星球的质量与半径的比值，（半径有的小朋友知道，有的小朋友可能就一知半解。半径是几何术语，圆上最长的两点间距离的一半。）这个比值越大，意味着该星球的引力就越强，逃逸速度的值就会越高。以太阳为例，它的逃逸速度大约为618千米/秒。试想若有一种“怪物”天体，它的质量极大，而半径又特别小，以至于它的引力强大到连光速都无法逃脱此“怪物”的“魔掌”，要知道光速可是宇宙中最快的速度，约为300000千米/秒！——这个“怪物”就是黑洞。
第一次使用“黑洞”（英文：black hole）术语的人，是一位名为Ann Ewing的女记者，她在1964年参加美国科学促进会时，报道的一篇“空间中的‘黑洞’”文章中提到了黑洞这个词。后来，美国天文学家John Wheeler于1967年的一次讲座中使用了黑洞这个词语，被大众很快接受并进行了广泛的传播。而有关黑洞的想法，早在18世纪就有科学家提出，当爱因斯坦发现了广义相对论之后，黑洞的存在才得到了严格证明。
现在大家已经知道“黑洞”是什么了，那它究竟有多大，又分为哪些种类呢？
现阶段的观测证据与理论研究表明，黑洞有大有小。在广义相对论的预言中，黑洞存在一个“表面”，科学家称之为“视界”（黑洞的“半径”），它可以看作为黑洞的“势力范围”。不同质量的黑洞，其视界的大小是不一样的。比如说，若一个黑洞的质量与地球质量相当，则它的“半径”大约只有9毫米。换句话说，若要把地球变成一个黑洞的话，必须把地球压缩到差不多1/8个乒乓球的体积大小才可以。
黑洞根据其质量的大小，大致可以分为微型黑洞、恒星级黑洞以及超大质量黑洞。科学家认为最小的黑洞可以小到如同一个原子一般，但是其质量却可比得上喜马拉雅山。有一些评论认为微犁黑洞可能形成于宇宙的最早期，即在宇宙发生大爆炸的时候产生的。还有一种黑洞称为“恒星级黑洞”，其质量可达到10倍左右的太阳质量，在银河系以及其他星系中有许许多多的恒星级黑洞。另外，还有一种特别大的黑洞，天文学家们称为“超大质量黑洞”，它们的质量达到了几百万甚至潮十亿太阳的质量。天文学家有足够的证据表明每个星系的中心都含有一个超大质量黑洞，比如银河系中心的超大质量黑洞被称为“人马座A*”，其质量约为400万个太阳质量。科学家认为超大质量黑洞与星系是共同形成的，它有可能是致密星团中成千上万颗恒星级黑洞合并在一起形成的，另外，超大质量分子云的塌缩并吸积周围的物质也有可能是其形成的一个原因。
在茫茫太空中存在着各种神秘莫测的天体，它们的命运其实与地球上的生物是十分类似的，它们也会经历诞生、成长、衰老和死亡的过程。现在，我们就以恒星级黑洞为例探讨一下它壮观的“诞生”过程。
广义相对论预言，恒星级黑洞是大质量恒星死亡以后的“残骸”。当一个大质量恒星（比如超过20倍太阳质量）演化到末期，将其燃料几乎燃烧殆尽时，恒星的生命也就濒临死亡了。这时，气体就会很快冷却下来，与引力相抗衡的气体压力因而就会大大减小。于是，恒星在强大的万有引力作用下会迅速向中心塌缩，体积会迅速缩小到一个非常小的尺度，其中心区域的引力会变得极大，最终以至于光子都无法逃脱它的束缚，此时，一个恒星级质量的黑洞便“诞生”了。黑洞形成之后就会开始吸积其周围的物质，若在其引力范围内有一颗其他恒星存在，它们就会把这颗伴星作为一顿饕餮大餐一样来食用，天文学家把这种系统称之为“黑洞x射线双星”。
需要注意的是，对于小质量的恒星，其“死亡”之后是不会形成黑洞的，而会形成一颗中子星或者白矮星。例如，我们的太阳大概50亿年之后在它生命终止的时候，会最终成为一颗白矮星。另外，在恒星演化末期的塌缩过程中会涉及一系列复杂的物理过程，导致的结果是恒星外层的气体会像炸弹一样爆炸到宇宙空间中，并伴随着极高能量的释放。这个“爆炸”有时甚至可以照亮这颗恒星所在的整个星系，这就叫作大质量恒星的超新星爆发。
黑洞的观测
关于黑洞的故事，大家想必会有这样的疑问，既然它是“黑”的，光无法从黑洞里发出来，那么科学家又是如何观测黑洞的呢？
事实上，由于黑洞极强的引力将光子束缚在它的内部，黑洞的确是不可见的。科学家们主要是通过空间望远镜所携带的一些特殊的观测设备，探测“黑洞候选者”的辐射以及其周围物体的运动，从而判断它们是否的确为黑洞。
在黑洞形成之后，它周围的气体会在极强的引力作用下朝着黑洞掉落。而这些下落的气体本身也在绕着黑洞旋转（好比行星绕着太阳转），最终的结果是黑洞“吃”的物质会在其周围积累，并形成一个盘面，我们称之为“黑洞吸积盘”。在此吸积过程中，气体的引力势能会逐渐转化为热能和动能，最后它们会变为温度高达几千万K（开尔文，温度单位）的等离子体，这些极度炽热的等离子体会发出电磁辐射，而科学家们正是通过观测这些辐射“看到”黑洞的。令人吃惊的是，黑洞吸积过程的能量释放效率特别高。我们知道，原子弹、氢弹等核武器的威力是非常大的，这一核反应过程的质能转化效率大概为千分之七，而黑洞吸积过程的能量转化效率却可以比它们高10倍以上！
结束语
关于黑洞的奥秘还有许许多多，谜团也是数不胜数，让我们一起充分发挥想象和创造力，最终将黑洞的“神秘面纱”层层揭开。
那究竟什么是黑洞？它有多大？有哪些种类呢？还有，它们是如何诞生的？既然它们是“黑”的，科学家又是如何“看到”它们的？本文将试图通过对这些问题的探讨，和大家一起揭开“怪物”黑洞的神秘面纱。
什么是黑洞？
黑洞是宇宙中最奇异同时也是最令人着迷的天体，它密度极高，引力极强。提到它，我们首先要从物体的“逃逸速度”谈起。比如，我们从地球上发射一枚火箭，若想发射成功，就要求它必须克服地球的引力束缚。若这枚火箭携带的燃料足够多，最终将它的速度加速到了超过地球的逃逸速度（约为11.2千米/秒），那么，它就可以去更遥远的外太空翱翔。
逃逸速度主要取决于该星球的质量与半径的比值，（半径有的小朋友知道，有的小朋友可能就一知半解。半径是几何术语，圆上最长的两点间距离的一半。）这个比值越大，意味着该星球的引力就越强，逃逸速度的值就会越高。以太阳为例，它的逃逸速度大约为618千米/秒。试想若有一种“怪物”天体，它的质量极大，而半径又特别小，以至于它的引力强大到连光速都无法逃脱此“怪物”的“魔掌”，要知道光速可是宇宙中最快的速度，约为300000千米/秒！——这个“怪物”就是黑洞。
第一次使用“黑洞”（英文：black hole）术语的人，是一位名为Ann Ewing的女记者，她在1964年参加美国科学促进会时，报道的一篇“空间中的‘黑洞’”文章中提到了黑洞这个词。后来，美国天文学家John Wheeler于1967年的一次讲座中使用了黑洞这个词语，被大众很快接受并进行了广泛的传播。而有关黑洞的想法，早在18世纪就有科学家提出，当爱因斯坦发现了广义相对论之后，黑洞的存在才得到了严格证明。
现在大家已经知道“黑洞”是什么了，那它究竟有多大，又分为哪些种类呢？
现阶段的观测证据与理论研究表明，黑洞有大有小。在广义相对论的预言中，黑洞存在一个“表面”，科学家称之为“视界”（黑洞的“半径”），它可以看作为黑洞的“势力范围”。不同质量的黑洞，其视界的大小是不一样的。比如说，若一个黑洞的质量与地球质量相当，则它的“半径”大约只有9毫米。换句话说，若要把地球变成一个黑洞的话，必须把地球压缩到差不多1/8个乒乓球的体积大小才可以。
黑洞根据其质量的大小，大致可以分为微型黑洞、恒星级黑洞以及超大质量黑洞。科学家认为最小的黑洞可以小到如同一个原子一般，但是其质量却可比得上喜马拉雅山。有一些评论认为微犁黑洞可能形成于宇宙的最早期，即在宇宙发生大爆炸的时候产生的。还有一种黑洞称为“恒星级黑洞”，其质量可达到10倍左右的太阳质量，在银河系以及其他星系中有许许多多的恒星级黑洞。另外，还有一种特别大的黑洞，天文学家们称为“超大质量黑洞”，它们的质量达到了几百万甚至潮十亿太阳的质量。天文学家有足够的证据表明每个星系的中心都含有一个超大质量黑洞，比如银河系中心的超大质量黑洞被称为“人马座A*”，其质量约为400万个太阳质量。科学家认为超大质量黑洞与星系是共同形成的，它有可能是致密星团中成千上万颗恒星级黑洞合并在一起形成的，另外，超大质量分子云的塌缩并吸积周围的物质也有可能是其形成的一个原因。
在茫茫太空中存在着各种神秘莫测的天体，它们的命运其实与地球上的生物是十分类似的，它们也会经历诞生、成长、衰老和死亡的过程。现在，我们就以恒星级黑洞为例探讨一下它壮观的“诞生”过程。
广义相对论预言，恒星级黑洞是大质量恒星死亡以后的“残骸”。当一个大质量恒星（比如超过20倍太阳质量）演化到末期，将其燃料几乎燃烧殆尽时，恒星的生命也就濒临死亡了。这时，气体就会很快冷却下来，与引力相抗衡的气体压力因而就会大大减小。于是，恒星在强大的万有引力作用下会迅速向中心塌缩，体积会迅速缩小到一个非常小的尺度，其中心区域的引力会变得极大，最终以至于光子都无法逃脱它的束缚，此时，一个恒星级质量的黑洞便“诞生”了。黑洞形成之后就会开始吸积其周围的物质，若在其引力范围内有一颗其他恒星存在，它们就会把这颗伴星作为一顿饕餮大餐一样来食用，天文学家把这种系统称之为“黑洞x射线双星”。
需要注意的是，对于小质量的恒星，其“死亡”之后是不会形成黑洞的，而会形成一颗中子星或者白矮星。例如，我们的太阳大概50亿年之后在它生命终止的时候，会最终成为一颗白矮星。另外，在恒星演化末期的塌缩过程中会涉及一系列复杂的物理过程，导致的结果是恒星外层的气体会像炸弹一样爆炸到宇宙空间中，并伴随着极高能量的释放。这个“爆炸”有时甚至可以照亮这颗恒星所在的整个星系，这就叫作大质量恒星的超新星爆发。
黑洞的观测
关于黑洞的故事，大家想必会有这样的疑问，既然它是“黑”的，光无法从黑洞里发出来，那么科学家又是如何观测黑洞的呢？
事实上，由于黑洞极强的引力将光子束缚在它的内部，黑洞的确是不可见的。科学家们主要是通过空间望远镜所携带的一些特殊的观测设备，探测“黑洞候选者”的辐射以及其周围物体的运动，从而判断它们是否的确为黑洞。
在黑洞形成之后，它周围的气体会在极强的引力作用下朝着黑洞掉落。而这些下落的气体本身也在绕着黑洞旋转（好比行星绕着太阳转），最终的结果是黑洞“吃”的物质会在其周围积累，并形成一个盘面，我们称之为“黑洞吸积盘”。在此吸积过程中，气体的引力势能会逐渐转化为热能和动能，最后它们会变为温度高达几千万K（开尔文，温度单位）的等离子体，这些极度炽热的等离子体会发出电磁辐射，而科学家们正是通过观测这些辐射“看到”黑洞的。令人吃惊的是，黑洞吸积过程的能量释放效率特别高。我们知道，原子弹、氢弹等核武器的威力是非常大的，这一核反应过程的质能转化效率大概为千分之七，而黑洞吸积过程的能量转化效率却可以比它们高10倍以上！
结束语
关于黑洞的奥秘还有许许多多，谜团也是数不胜数，让我们一起充分发挥想象和创造力，最终将黑洞的“神秘面纱”层层揭开。