一張導圖告訴你,啥是黑洞?小學生都能看懂的知識

2020-12-04 智說教育

2019年4月10日,人類歷史上的首張黑洞照片公布了,引起了世人的關注。黑洞的「廬山真面目」終於被揭開了。啥是黑洞?普通人的求知慾望得到了空前的高漲。但專家們的解釋仍然讓百分之九十以上的普通人都感到一頭霧水。因為專家們講得太專業、太高深了,不是普通人能聽懂的。今天我就用一張導圖來告訴你,啥叫黑洞?簡單到小學生都能看懂。由於本人才學疏淺,有些解釋可能不太嚴謹,望讀者見諒,但是通俗易懂。

黑洞

什麼是黑洞

首先我們來看下什麼是黑洞。黑洞並不是我們常說的窯洞、土洞、山洞之類的洞。黑洞其實是宇宙中的一種特殊的天體。宇宙中的天體有很多,比如:我們常見的太陽、地球、月亮、金星、火星……這些都是宇宙中的天體。既然黑洞是宇宙中的天體,為啥叫它「洞」呢?當然它跟我們現實生活當中的洞有類似之處,也有不同之處。現實生活當中的洞,比如說水洞,它會把周圍的水吸進洞裡去。但黑洞會把周圍任何的物質都吸進去,連光都無法逃脫。可見黑洞不是普通的洞。它的胃口可大,真是一個「無底洞」。它任何物質都吃,連小星球它都會被它吸進去。吸進去了,你就別想再出來了。連跑得最快的光也無法出來,何況其他物質呢?

什麼是黑洞

黑洞的誕生

了解了「啥是黑洞」之後,一定會有人問:「那它是怎樣誕生的呢?」

黑洞的父母是一顆衰老的巨大恆星。老年「產子」真是不容易呀!黑洞的誕生,要經歷過漫長的時間。

什麼是恆星呢?簡單地說就是會發光發熱的星球。比如說我們看得見的太陽,它就是一顆恆星。太陽每時每刻都會發光發熱,那它的燃料來自哪裡呢?內部的核聚變。太陽從誕生到現在,已經上億年了。有科學家推測,太陽已經進入老年期了。恆星的燃料是有限的,最終將會耗盡。

恆星燃料耗盡

當恆星內部的燃料燃燒殆盡之後,就會形成一個巨大的空洞。它將無法支撐外殼的重量,在外殼的重壓之下,就會開始向裡面塌縮。就像我們的地面下有一個洞,當這個洞大到一定程度的時候,地面就會向裡面開始崩塌,泥土、石塊、樹木統統往裡填。恆星的內部空了以後,它就要吸收大量的物質往裡填。最終所有的物質濃縮成一個體積接近無限小而密度超大的點,這就是奇點。奇點的質量極大而體積極小,會形成強大的引力場,在它的勢力範圍內,所有的物質都會被吸進去,連光也無法逃逸。它的這個勢力範圍,科學家稱作黑洞的半徑或事件視界。

黑洞的形成

此時黑洞已經誕生了,剛剛誕生的黑洞如同嬰兒一樣,如饑似渴。把體積較小的恆星的氣體也吸到自己的身邊來。這些氣體會在事件視界外,形成一個巨大的環狀圓盤,這就是吸積盤。科學家就是通過它來找到黑洞的。

當吸積的氣體越來越多時,多餘的氣體就會沿著磁場運動,高速噴射出高能量的物質,我們把它稱作噴流。它促進了新恆星的誕生。

所以黑洞一邊連著恆星的死亡,另一邊促進了恆星的誕生,它調節星系的演變。

黑洞調節星系的演變

給黑洞拍照

了解黑洞這些知識後,可能很多人會問:「為什麼要給黑洞拍個照呢?」

給黑洞拍照

一百多年前愛因斯坦就曾經預言過黑洞的存在。不少科學家也通過理論證實了黑洞確實存在。但黑洞是非常神秘的,大家都沒有見過。為了確定它的存在,當然要有圖才有真相。

為了證實它的存在,科學家想到了給它拍個照片。給黑洞拍張照片,真不是太容易啊。主要難點有兩個:

1、黑洞離我們的距離很遠很遠。以銀河系中心的黑洞「人馬座A」為例。地球離這個黑洞的距離達到25000光年。給它拍照,相當於在地球上拍一隻放在月球上的橙子,難度可想而知。

2、由於距離遠,要求有一個大大的相機才能拍清楚。

拍照的難點

當然能解決這兩個問題,給黑洞拍個照片,那就顯得非常容易了。我們先來看下第一個問題我們能否解決。「人馬座A」離我們地球的距離有25000光年,要它近距離拍個照,連光都要跑25000年,人當然無法實現。所以第一個條件我們無法做到。那第二個條件我們能否做到呢?我們要做一個很大的照相機,這個照相機鏡頭要跟地球的直徑一樣大。這麼大的照相機怎麼能做出來呢?即使能做出來也無法把它豎起來。那是不是就該放棄呢?不過,我們的科學家還是很有辦法的。他們把世界上8個不同位置的望遠鏡聯合起來,就虛擬成一個鏡頭相當於地球直徑那麼大的照相機,這就是「事件視界望遠鏡」(EHT)。

拍照與衝洗相片

第二個條件,我們做到了。所以科學家就給黑洞拍了一個相片。可洗出這張相片也相當不容易呢。為什麼呢?因為這張相片的「像素」太大了。用大型計算機對數據進行處理,也花了近兩年的時間,才把這張黑洞照片「洗」出來了。

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