宇宙学 K12 课程 · 第 7 课
黑洞
探索黑洞的形成、特征与观测方法 · 90 分钟
🎯 学习目标
- 掌握本课核心天文概念与科学原理
- 理解宇宙学中的关键数据和尺度关系
- 培养科学思维与太空探索精神
- 通过实践活动加深对宇宙现象的认识
🎬 教学视频
视频来源：NASA 官方公开视频（公有领域）· 什么是黑洞？NASA 专家解答 · What is a Black Hole? We Asked a NASA Expert
一、什么是黑洞？
黑洞是时空中引力极强的区域，强到连光都无法逃脱。黑洞的边界称为事件视界（Event Horizon），一旦越过这个边界，任何物质和信息都无法返回。
二、黑洞的形成
图 7-1：大质量恒星 → 超新星爆发 → 核心坍缩 → 黑洞
三、黑洞的类型
| 类型 | 质量 | 形成方式 | 例子 |
|---|---|---|---|
| 恒星级黑洞 | 3-100 倍太阳质量 | 大质量恒星坍缩 | 天鹅座 X-1 |
| 中等质量黑洞 | 100-10 万倍太阳质量 | 多个黑洞合并？ | HLX-1 |
| 超大质量黑洞 | 百万-百亿倍太阳质量 | 星系中心形成 | 银河系中心人马座 A* |
四、如何"看见"黑洞？
黑洞本身不发光，但我们可以通过以下方式间接观测：① 吸积盘——物质落入黑洞前被加热到极高温度发出 X 射线；② 引力透镜——黑洞弯曲周围光线；③ 引力波——黑洞合并产生的时空涟漪。2019 年，事件视界望远镜（EHT）首次拍摄到黑洞的"照片"。
🛠 实践任务
- 基础任务：用弹性布和重物模拟时空弯曲（引力透镜实验）
- 进阶任务：研究 2019 年 M87 黑洞照片的拍摄原理
- 挑战任务：辩论：如果掉进黑洞会怎样？（潮汐力 vs 信息悖论）
🤔 课后思考
- 黑洞的"黑"是什么意思？为什么光逃不出来？
- 什么是"意大利面化"效应（spaghettification）？
- 银河系中心的超大质量黑洞有多大？