黑洞，可以說是宇宙中最危險卻又最迷人的天體。它的發(fā)現(xiàn)離不開一個人——愛因斯坦，雖然不是他老人家親自發(fā)現(xiàn)的黑洞，但如果沒有他的廣義相對論，黑洞的發(fā)現(xiàn)起碼會晚50到100年。為什么這么說？大家接著往下看。
人類為什么要研究黑洞？因為黑洞代表了宇宙中的一種究極形態(tài)，那是光都逃不掉的空間。同時，黑洞具有巨大的能量，盡管現(xiàn)在對于人類來說，黑洞的能量是毀滅性的，但這并不妨礙人類未來對其利用，就是這個未來不知道是多少年后了。
黑洞的外觀結(jié)構(gòu)
總之，黑洞對于人類的吸引力太大，我們沒有理由錯過它！
黑洞并不是概念天體，而是宇宙中真實存在的。并且是人類已知的質(zhì)量最大的存在，就連光也無法從其引力范圍內(nèi)逃離。同時，黑洞也是密度最大的物質(zhì)，它的密度大到無法用具體的數(shù)字來表示。黑洞并不是憑空出現(xiàn)在宇宙中的，它的前身是恒星。
“恒星的一生”
恒星是宇宙中常見的能量發(fā)射體，不同恒星之間的差距非常大。比如，最小的恒星，質(zhì)量只有太陽的7%到8%；最大的恒星，半徑可以是太陽的1700倍。不同的恒星歸宿也會不一樣，像太陽這樣的恒星，最后結(jié)局就是一顆白矮星，孤零零地在宇宙中處于死寂。而大質(zhì)量的恒星，會在滅亡之前轟轟烈烈，最后要么變成中子星，要么變成黑洞。
白矮星和中子星
恒星含量最多的元素是氫，這是宇宙第一號元素，可以說沒有它就沒有今天的宇宙天體。氫原子之間通過核聚變反應(yīng)，合成質(zhì)量更大的原子，并釋放大量的能量。根據(jù)元素周期表上的順序，它先是合成氦原子，當一顆恒星上的氫原子全部消耗完畢，形成氦原子后，恒星也結(jié)束了自己最穩(wěn)定的主序星時期。
氫原子的構(gòu)造
氦原子繼續(xù)參與核聚變，但是它產(chǎn)生的能量完全比不上氫原子。這個時候，恒星的表面會膨脹，內(nèi)部因為核聚變產(chǎn)生大質(zhì)量的原子而收縮。當聚變進行到鐵元素時，外部膨脹和內(nèi)部收縮打破平衡，恒星再也沒有辦法維持下去。這時它有兩條路，一條是坍塌，這是質(zhì)量較小的恒星的路；另一條就是來一場爆炸，讓周圍的一切來為恒星陪葬。
恒星爆炸
爆炸會將恒星外部的物質(zhì)全部甩走，成為星云的一部分，參與下一個恒星的誕生，所以這個爆炸被叫做超新星大爆炸。爆炸之后，恒星就只剩下一個內(nèi)核了，體積與原來相比不值得一提。但是，它曾經(jīng)大部分的質(zhì)量被濃縮到這個內(nèi)核里，于是它要么演化成中子星，要么演化成黑洞?？茖W家們發(fā)現(xiàn)，質(zhì)量在太陽8倍以上的恒星，有向這兩種天體演化的趨勢。
超新星大爆炸
黑洞的引力非常強大，能夠?qū)⒐庖参M去，要知道光速是目前已知的最快速度，連它都無法逃離，可想而知其他天體遇上黑洞的命運。黑洞的名字靈感來自于黑體，黑體是基爾霍夫在1862年命名并引入熱力學內(nèi)的一個名詞。黑體（Black body）是一個概念體，它不會產(chǎn)生反射和投射，吸收一切電磁輻射。這與黑洞（Black Hole）吞噬一切物質(zhì)的特性一樣。
愛因斯坦的勝利
黑洞在1970年被人類第一次發(fā)現(xiàn)，但科學家確立黑洞存在的時間更早，可以追溯1915年，愛因斯坦（Albert Einstein）發(fā)表了廣義相對論，提出了著名的愛因斯坦場方程。
1916年，德國天文學家卡爾·史瓦西（Karl Schwarzschild）利用方程得到了一個解。
卡爾·史瓦西
這個解表明，當半徑小于一個定值，天體的周圍會存在視界，一旦進入視界，光也無法逃脫，這個定值被稱作史瓦西半徑。
后續(xù)的天文學家們對這個半徑繼續(xù)研究，最終得到了一種天體，稱之為黑洞?？墒鞘苤朴诋敃r的天文技術(shù)，黑洞只是一種假說，沒有證據(jù)證明宇宙中真的存在，即便是1970年人們發(fā)現(xiàn)了黑洞的蹤跡，還是無法肯定這個天體的存在，科學家們甚至不知道黑洞的模樣。
1978年，美國物理學家Jean-Pierre Luminet繪制了第一幅黑洞概念圖，圖上的黑洞猶如黑色的旋渦，又像一個無神的黑色眼睛，這是Luminet借助IBM7040穿孔計算機完成的。2014年，電影《星際穿越》在Luminet的基礎(chǔ)上，用電腦特效渲染了一個黑洞圖像，仿佛一個黑色的深淵巨口。
第一幅黑洞概念圖
科學家們認為黑洞是黑色的，因為光無法從它的周圍逃逸，因此我們只能看見黑洞的“光環(huán)”，也就是它引力范圍以外的區(qū)域，光線的逃逸路線會出現(xiàn)曲率，那是唯一能夠證明黑洞的浮光掠影。為了能夠拍到黑洞的照片，全世界的天文觀測點聯(lián)合起來，在2017年，拍攝黑洞計劃正式啟動。
2019年4月10日，人類歷史上的第一張黑洞照片問世，瞬間震驚了世界。這張照片的黑洞位于室女座一個巨橢圓星系M87的中心，距離地球5500萬光年，是太陽質(zhì)量的65億倍。黑洞是根據(jù)愛因斯坦的廣義相對論被計算出來的，因此它被證明在極端條件下仍然成立。
第一張黑洞照片
為了拍攝這張名垂青史的圖片，位于美國、西班牙、墨西哥、智利以及南極的8臺亞毫米射電望遠鏡同時展開觀測。科學家將這8臺望遠鏡構(gòu)建成視界面望遠鏡（EHT），口徑13000公里，約等于地球的直徑。這相當于在法國巴黎觀看美國紐約的報紙，每個字母都能看得清清楚楚。
射電望遠鏡
然而，構(gòu)成視界面望遠鏡只是第一步，由于這8臺望遠鏡是射電望遠鏡，得到的是數(shù)據(jù)而非圖像。因此需要將這些數(shù)據(jù)通過超算系統(tǒng)處理，最終得到圖像。因為每一臺望遠鏡得到的數(shù)據(jù)有1PB，普通的計算機根本不可能處理得過來。
數(shù)據(jù)被發(fā)送給了麻省理工大學以及德國的馬普研究所，二者運用自己的超級計算機處理系統(tǒng)，對數(shù)據(jù)進行分析，最終運用電腦合成，得到了黑洞的第一張照片，耗時兩年。
“紅色的黑洞”
這是科學家們之前沒有料到的圖像，圖像的中心的確是黑色的，可是它的四周卻是紅色的。與其說叫 “黑洞”，不如叫“紅洞”。這張照片一經(jīng)公布，很快獲得了全世界的關(guān)注，因為這不僅證實了愛因斯坦的預(yù)言又對了，其在100多年前發(fā)表的公式成功預(yù)言了黑洞，也讓全人類看清了一種天體，從此，人類的歷史上，又添了一顆星體的照片。
按理說，黑洞會吞噬一切物體，它本身是不會發(fā)光的。但是，黑洞的范圍不是無限的，在其引力范圍之外，光以曲線的形式逃跑，因此理論上，黑洞的照片應(yīng)該像日全食的時候一樣，中間是黑的，周圍有微光。那些光很有可能是被它吞噬的恒星，在消失前最后一次向宇宙說明自己曾經(jīng)來過。
宇宙中的黑洞是旋轉(zhuǎn)的
科學家們解釋道，別看這張照片是靜態(tài)的，其實宇宙中的黑洞是在旋轉(zhuǎn)的，而且它吞噬天體并不是像鯨魚那樣一口就將天體吞下去，而是從天體的最外層開始，利用武俠中“吸星神功”一樣的方式，將天體表面的物質(zhì)吸走。
天體是由外向內(nèi)被吸干，而不是被吃進去的。如果黑洞吞噬的是一顆恒星，其表面多的是氫，它們正在劇烈的核聚變，結(jié)果被吸走，于是形成了吸積氣體流。
吸積氣體流
就好比水池放水，整個出水口只有一個，于是在出水口那里會形成一個旋渦。恒星的周圍也只有這一個吞噬口，這些物質(zhì)也會像水流一樣旋轉(zhuǎn)，形成黑洞周圍的吸積盤。
恒星是什么顏色？看看太陽的高清照就知道了，恒星大多數(shù)都是紅色的火球，那么不管是吸積氣體流，還是吸積盤，都是由恒星的一部分組成的，因此也會隨恒星呈現(xiàn)紅色。這就是黑洞周圍是紅色的原因。
早在此前觀察的時候，科學家們還發(fā)現(xiàn)，黑洞的中心會形成噴流，只可惜噴流里的物質(zhì)很少，比起吸積盤的范圍小太多，亮度也遠不如吸積盤，所以拍攝到的照片中沒有顯現(xiàn)噴流。
拍攝黑洞計劃耗時兩年多，發(fā)動了8臺天文射電望遠鏡，橫跨南半球，上千名天文學家參與，背后是兩個研究所的超級計算機系統(tǒng)，花費上億美元。人類費這么大的力氣研究一個距離我們5500萬光年外的天體是為了什么呢？總不會是人類要移民去黑洞吧？這可不興移啊。
黑洞雖然很恐怖，無論再大的天體，都能被其瓦解，如果是地球遇到它，那么地球只有乖乖被撕碎的份。而且地球是行星不會發(fā)光，就算被黑洞吞噬，也不會產(chǎn)生什么吸積流和吸積盤。
如果有另一個文明觀測，壓根不會直到地球被吞了，頂多能看見太陽形成的吸積盤?？杀氖牵?strong>黑洞的質(zhì)量比太陽大很多，動輒得咎就是上億倍，質(zhì)量越小的恒星，被吞得越快，因此它只有那圈紅光能夠證明這里有一個恒星。
可是黑洞卻蘊含著巨大的能量，它是目前已知的唯一能夠超越光速的存在。這并非說黑洞的運行速度比光快，而是說它的能量能夠克服光的逃逸，如果將這個能量表達出來，那么就會出現(xiàn)超越光速的物質(zhì)。還記得科幻電影里面的宇宙飛船能夠穿梭在宇宙的各個角落嗎？它就是利用了曲率引擎。
所謂曲率引擎，指通過對時空本身的改造來驅(qū)動飛行器，讓其飛行速度突破光速限制。愛因斯坦曾提出，當物體的運動速度達到光速時，就會看見過去的景象，這就是穿越時空。但是，想要超過光速談何容易，這可是人類已知的最快的速度。曲率驅(qū)動需要能量，人類目前的能量根本達不到驅(qū)動至光速的可能，更不要說超越光速。
黑洞告訴了人們這個可能的存在，它能夠用自己的引力控制住光，那么這個引力變現(xiàn)，成為一種驅(qū)動力，是否就能讓物體的速度超光速？理論上是可以的，但是黑洞的危險也不言而喻，很有可能還沒有加速到人類想要的程度，就先一步被拉入深淵。
黑洞對人類的吸引力正如它的引力一般，強大無比。盡管我們現(xiàn)在無法靠近黑洞，可并不代表人類就會永遠以一個旁觀者的角度去看待黑洞，宇宙中一切能利用的能量，對人類都有致命的誘惑。
太陽系
然而，科學家最擔心的是，離我們最近的并不是這個M87黑洞。如果在人類還沒有發(fā)展出曲率技術(shù)時，一個黑洞靠近我們的太陽系，那么迎接人類的，只有可怕的毀滅。
