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黑洞示意图
说到天文学，大家想到的肯定是极为高深的宇宙起源问题，应用的是极为艰深的广义相对论的理论，使用的是极为深奥的数学知识。但实际上经典的牛顿力学在天文学的研究中仍然有着很大的应用范围，比如在本篇科普小短文中即将讨论的黑洞质量的估算（或者测量）。
先简单的说一下黑洞的定义，黑洞这个名词最早是由美国物理学家惠勒于1969年提出的，但是黑洞的物理最早在1916年由德国天文学家卡尔·史瓦西（Karl Schwarzschild）通过计算得到的爱因斯坦引力场方程的一个真空解。如果将大量物质集中于空间一点，其周围会产生奇异的现象，由于强引力势阱的作用，在质点周围存在一个界面——“视界”，一旦进入这个界面，即使光也无法逃脱。这是黑洞的最初的物理定义！随着对黑洞的深入研究，黑洞由三个基本的参量描述：质量、旋转速度和电荷数，这里我们只讨论黑洞的质量测量，而且是星系中心大质量黑洞的测量，因为星系中心的大质量黑洞的周围有足够的参照物让我们使用。
爱因斯坦场方程
虽然黑洞是广义相对论的产物，但是黑洞的质量完全可以通过最基础的经典牛顿理学得到测量。我们知道，最最基础的牛顿力学中万有引力公式：F=G*M1*M2/R^2，其中F是两个质量为M1和M2的物体间的万有引力，G是不依赖于空间特性的万有引力常数，R是两个物体间的距离！而且，我们熟知在万有引力作用下的向心力公式：F=Mc*V^2/R，其中F为万有引力，Mc为在万有引力作用下做向心绕转运动的物体质量，V为绕转速度，R为距离中心大质量物体的距离。
如果将上面的场景放到星系中心的大质量黑洞周围，假定有一个质量为M1（Mc=M1）的物体绕着中心质量为Mbh（M2=MBH）的黑洞绕转，将上面两个经典的牛顿力学公式合并，就得到了经典的测量黑洞质量的公式，如下：MBH=V^2*R/G，所以只需要找到黑洞周围一个合适的物体，测量出它的绕转速度和距离中心黑洞的距离，那么我们就可以根据这个公式计算出中心黑洞的质量。尽管我们知道，在强引力的情况下，牛顿力学需要做出必要的修正，但是距离黑洞较为遥远的物体的受力情况，几乎不会受到强引力场下的广义相对论效应的影响，所以可以直接使用经典的牛顿力学公式。
万有引力公式
至于参量V和R的测量也都是基于最基本的经典力学得到的，比如V使用了距离黑洞几百个光天附近的气体云团的绕转速度（可以通过观测光谱中的发射线特征确定），R则使用了经典的时间延迟的方法测量得到，所谓的时间延迟，是指从信号发出到信号到达该气体云团所需要的时间，而该时间就代表了中间黑洞到达该气体云团的距离，因此黑洞的质量测量完全由经典力学知识获得。当然这种质量的测量其精确度并不是很高，而且中间还需要一些细微的修正，但是在科学结果的汇报中已经达到论文发表的程度。
由此，即使对于广义相对论的产物，黑洞的质量也完全可以通过经典力学得出。天文学并不是一门绝对使用高深理论物理和深奥数学知识的学科，经典的牛顿力学在天文学中也发挥着重要的作用！
当然，如果要想得到黑洞质量的最精确的测量，跟踪黑洞周围绕转的恒星踪迹的方法是最为可靠的，但是那就需要很多复杂得多的数学公式了，我们或许在另外的一篇科普性质的篇章中进行讨论！
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