紅米田
不是小米那個紅米~~~~~~~~~~~~
M87＊黑洞照片千呼萬喚終於露麵，新聞多著重於它是如何被拍攝的，很少有解釋它為何長這樣。本人根據看到的一些報道，試圖用“人話”大致說明一下。
照片的基本特征，是在黑暗背景中，一圈明亮的圓環包圍著中間的黑暗區域。圓環本身亮度不均勻，與上半部相比，下半部更亮。
從基本的物理知識，我們知道黑洞的強大引力會吸引周圍的氣態物質聚集。這些氣體在落向黑洞時，由於具有角動量，會形成一個圍繞黑洞快速旋轉的高密度圓盤，稱為吸積盤。其中的物質由於互相摩擦產生高溫而發光。所謂黑洞照片就是黑洞以發光吸積盤為背景的剪影。照片是用毫米波段射電望遠鏡拍攝的，因為吸積盤發出的光在這一波段比較“亮”同時大氣吸收比較少。當然，人眼是看不到毫米波的，照片的顏色是為了直觀而加上的假彩色。
再來看照片，粗略地，可以說明亮的光環就是發光的吸積盤，中心的黑暗區域就是黑洞。光環近乎圓形，說明吸積盤幾乎是正好麵對我們。這可以與另一個現象互相印證。人們早已觀測到，這個黑洞向外噴射著一道5千光年長的噴流，其方向與我們的視線有大約17度的夾角，朝向北偏東方向。根據現有知識，可以認為噴流與吸積盤平麵垂直。下麵這張日晷照片可以近似代表吸積盤（表盤）和噴流（指針）的關係，以及相對我們的朝向。我們看到的亮環就相當於表盤的外緣，近似於圓形。
對照片嚴格的描述需要廣義相對論。由於黑洞的引力透鏡作用，即使吸積盤在黑洞後麵發出的光線，也可能繞過黑洞而被我們看到。所以亮環實際是吸積盤一個被引力扭曲的成像。中間的黑暗區域也不全是黑洞。真正的黑洞奇點當然很小，即使光線不能逃逸的視界也比這個黑暗區域小幾倍。
再來說說亮環為何上下不對稱。從以上所述可知，從地球看去，M87＊的吸積盤略朝右上方傾斜。假設這個吸積盤是（從地球看去）順時針轉動，由於傾角的存在，其上每一點的切向速度就帶有了一個沿著我們視線方向的速度分量。這個分量在圓環的下部是朝向我們而來，而在上部則是背向我們而去。
這個差別造成上下部分發光的頻率和強度都有不同。頻率的差別就是我們熟知的多普勒效應，下部應該產生藍移，上部則是紅移。由於這次的照片沒有觀測電波頻率的差別，所以我們看不到這種效應。
而光強度的變化相對不那麽為人所知。用生活中的現象打個比方，就好像在風中行走，迎著風走感覺風大，順著風走感覺風小。在黑洞這裏當然原理更複雜一些，是一種狹義相對論效應，隻有當發光體的速度與光速可以比較時才能感受到，效果是向我們而來的光好像被聚焦，看起來更明亮; 反之，離我們而去的光好像被散焦，看起來變弱。這就解釋了照片中圓環上下部分亮度的不同。
最後我們可以想象一下銀河係中心黑洞的照片是什麽樣。與橢球狀的M87不同，銀河是扁平的螺旋星係，其中心黑洞吸積盤的平麵很可能與整個星係的平麵一致。從地球看過去，黑洞很像是土星，而吸積盤則像土星的光環。由於上述的引力透鏡效應，黑洞周圍仍然可能有一圈亮環，中間則被明亮的吸積盤穿過。左右兩側的亮度會有很大不同，究竟哪邊更亮，取決於吸積盤轉動方向。
