第3章
◆神秘的黑洞和白洞
“黑洞”，其實是一種天體。它的引力場非常強，就連光也不能逃脫出來。跟白矮星和中子星相同，黑洞很可能也是由恒星演化而來的。
我們曾經比較詳細地介紹了白矮星和中子星形成的過程。當一顆恒星衰老時，它的熱核反應就會耗盡中心的燃料（氫），由中心產生的能量就會所剩無己。這樣，它再也沒有足夠的力量來承擔起外殼巨大的重量。所以在外殼的重壓之下，核心就會開始坍塌收縮，直到最後形成體積小、密度大的星體，重新有能力與壓力平衡。
質量小一些的恒星主要演化成白矮星，質量比較大的恒星則有可能形成中子星。而根據科學家的計算，中子星的總質量不能大於太陽三倍的質量。如果超過了這個值，那麼將再沒有什麼力能與自身重力相抗衡了，從而會導致另一次大減縮。
根據科學家的猜想，物質將不可阻擋地向著中心點進軍，直至成為一個體積趨於零、密度趨向無限大的“點”。而一旦它的半徑收縮到一定程度時（史瓦西半徑），巨大的引力就將使得即使光也無法向外射出，從而切斷了恒星與外界的一切聯係——“黑洞”由此誕生。
與別的天體相比，黑洞十分特殊。舉個例子，黑洞有“隱身術”。人們無法直接觀察到它，連科學家都隻能對它內部結構提出各種猜想而無法證實。但黑洞是怎麼把自己隱藏起來的呢？答案就是——彎曲的空間。我們都知道，光是沿直線傳播的。這是一個最基本的常識。可是根據廣義相對論，空間會在引力場作用下彎曲。這時候，光雖然仍然沿任意兩點間的最短距離傳播，但走的已經不是直線，而是曲線。這就如此光本來是要走直線的，隻不過強大的引力把它拉得偏離了原來的方向。
在地球上，由於引力場作用很小，這種彎曲是微乎其微的。但是在黑洞周圍，空間的變形非常大。因此，即使是被黑洞擋著的恒星發出的光，有一部分也會落入黑洞中消失，而另一部分光線會通過彎曲的空間繞過黑洞而到達地球。所以，我們可以毫不費力地觀察到黑洞背麵的星空，就像黑洞不存在一樣，這就是黑洞的隱身術。
更神奇的是，有些恒星不僅是朝著地球發出的光直接到達地球，它朝其它方向發射的光也可能被附近的黑洞的強引力折射而到達地球。這樣我們不僅能看見這顆恒星的“臉”，還同時看到它的側麵、甚至後背！
“黑洞”被喻為最具有挑戰性、也最讓人激動的天文學說之一。許多科學家正在為揭開它的神秘麵紗而辛勤工作著，新的理論也被源源不斷地提出。
黑洞就像宇宙中的一個無底深淵一樣，物質一旦掉進去，就再也逃不出來。於是根據“事物一分為二”的觀點，科學家們大膽地猜想：宇宙中會不會也同時存在一種物質隻出不進的“泉”呢？並給它取了個同黑洞相反的名字，叫“白洞”。
科學家們設想：白洞也有一個與黑洞類似的封閉的邊界，但與黑洞不同的是，白洞內部的物質和各種輻射隻能經邊界向外部運動，而白洞外部的物質和輻射卻不能進入其內部。這就好比，白洞是一個不斷向外噴射物質和能量的源泉，它向外界提供物質和能量，卻不吸收外部的物質和能量。
到目前為止，白洞還僅僅是科學家的設想，還沒有觀察到任何能表明白洞存在的證據。在理論研究上也還沒有重大突破。不過，最新的研究可能會得出一個令人震驚的結論，即：“白洞”很可能就是“黑洞”本身！也就是說黑洞在這一端吸收物質，而在另一端則噴射物質，就像一個巨大的時空隧道。
科學家們最近證明了黑洞其實有可能向外發射能量。而根據現代物理理論，能量和質量是可以互相轉化的。這就從理論上預言了“黑洞、白洞一體化”的可能性。
要徹底弄清楚黑洞和白洞的奧秘，現在還為時過早。但是，科學家們每前進一點，所取得的成績都讓人激動不已。我們相信，打開宇宙之謎大門的鑰匙就藏在黑洞和白洞神秘的身後。
◆第一個使用望遠鏡觀測星空的人
1604年，天空中出現了一顆明亮的新星。這一宇宙奇觀激起了意大利科學家伽利略的極大興趣。遺憾的是那時望遠鏡還沒發明，伽利略隻能依靠肉眼進行觀測。1609年伽利略獲知一個荷蘭眼鏡商發明了望遠鏡，他憑著自己深厚的物理學功底，對眼鏡商的望遠鏡進行了改造，成功研製觀天望遠鏡。他製成的第3架天文望遠鏡已經可以放大33倍了。
1609年8月，伽利略把望遠鏡指向了星空，這一舉動使他成為世界天文史上第一個用望遠鏡觀測星空的人。他觀測了月亮和銀河，又借助雲霧減弱太陽光線的時候，觀測了太陽。望遠鏡使伽利略眼界大開，他發現肉眼觀測到的月亮上的陰影，原來都是些大大小小的坑穴和大片的“海”（現代天文學證明，這“海”其實是平原）；白茫茫的銀河是由一許許多多密密麻麻的星星構成的；太陽表麵還存在一些大小不等的黑色斑點（後來稱“太陽黑子”）。
1610年1月伽利略，從望遠鏡中發現木星附近有3個小光點，它們幾乎在同一條直線上，一顆在木星右邊，兩顆在木星左邊。但令他感到疑惑的是，這些小光點有時變成4顆，有時隻剩下兩顆。伽利略一連幾夜耐心仔細地觀察並詳細記錄，終於弄明白，原來那4顆是木星的衛星。1610年9月，伽利略又通過望遠鏡觀測到金星也像月亮一樣，時圓時缺，原來這是金星圍繞太陽運行的結果。
用望遠鏡觀測星空的結果，使伽利略更加確信哥白尼“日心地動說”是正確的，他把自己的這些天文新發現編成了一本書《星際使者》。作品發表後在世界上引起了強烈反響。盡管當時保守的教會竭力反對伽利略的觀點，甚至有人拒絕使用望遠鏡觀測星空，但仍無法阻撓伽利略和他的望遠鏡拉開人類天文學新紀元的序幕。
◆反射望遠鏡的發明
伽利略發明了天文望遠鏡以後，相當長一段時期裏人們都是用折射望遠鏡觀測天文，為了提高望遠鏡的放大率，人們不斷加長折射望遠鏡的鏡身，最後長到難以使用。後來，人們萌發了製造反射望遠鏡的念頭。
第一個提出反射望遠鏡方案的是英國數學家J．格雷戈裏；第一個親手製造第一架反射望遠鏡的是英國科學家牛頓；第一個製造出能用於專業觀測的反射望遠鏡的是英國數學家J．哈德利，但是代表著早期反射望遠鏡的最高成就的是赫歇耳和他的反射望遠鏡。
英國人W．赫歇耳原本是個音樂家，但他酷愛天文。在1774年他製出了第一架反射望遠鏡：口徑15厘米，鏡長2.1米（現保存在大英科學博物館）。接著他又磨製了口徑達22.5厘米、鏡身3米和口徑45厘米、鏡身6米等一係列更大更好的反射望遠鏡。1781年3月13日，赫歇耳用他的反射望遠鏡發現了天王星，這一發現使他一下子從一個名不見經傳的音樂家變成了舉世聞名的天文學家。
1786年他編出了包括2500個星雲的星表。天王星的發現和天文學上的成就更加激勵他磨製望遠鏡的熱情。英國國王喬治二世知道了他的想法後慷慨解囊，出資2000英鎊資助他研發。1789年底他研製成功口徑122厘米、長12.2米的巨型望遠鏡，這架龐然大物安裝在一個巨大的木架上，像一尊指向天空的巨炮。這架巨型望遠鏡投入觀測的第一夜，赫歇耳就發現了士衛一和士衛二，還發現了大量雙星、星團和星雲。
1822年赫歇耳去世。1839年這架巨炮似的巨型反射望遠鏡被人們從支離破碎的木架上放倒，目前保存在胡斯天文台的花園中，成為早期天文學的曆史見證。
赫歇耳和他的望遠鏡使人類的探測能力首次超出了太陽係之外，到達了恒星世界。
◆電腦——天體實驗室
從古到今，天文學家的實驗室就是浩瀚的宇宙。天文學家隻能憑借觀測天體和利用觀測資料來研究天體，因為任何地球上再大再先進的實驗室也不可能研製出一顆龐大的天體來。更何況，天體的演變過程如此漫長，根本不可能在實驗室裏對天體演化做實驗研究。這就意味著，實驗研究與天文學毫不相幹。
20世紀40年代電子計算機的問世，使得原本隻是天方夜譚的天體實驗研究，竟然成為了現實。科學家們從此結束了用觀測的手法獲得天文學知識和天文學研究這單一手段的曆史。計算機成為天文學研究強有力的實驗手段。一門嶄新的學科——實驗恒星動力學從此誕生。