红米田
不是小米那个红米~~~~~~~~~~~~
M87＊黑洞照片千呼万唤终于露面，新闻多着重于它是如何被拍摄的，很少有解释它为何长这样。本人根据看到的一些报道，试图用“人话”大致说明一下。
照片的基本特征，是在黑暗背景中，一圈明亮的圆环包围着中间的黑暗区域。圆环本身亮度不均匀，与上半部相比，下半部更亮。
从基本的物理知识，我们知道黑洞的强大引力会吸引周围的气态物质聚集。这些气体在落向黑洞时，由于具有角动量，会形成一个围绕黑洞快速旋转的高密度圆盘，称为吸积盘。其中的物质由于互相摩擦产生高温而发光。所谓黑洞照片就是黑洞以发光吸积盘为背景的剪影。照片是用毫米波段射电望远镜拍摄的，因为吸积盘发出的光在这一波段比较“亮”同时大气吸收比较少。当然，人眼是看不到毫米波的，照片的颜色是为了直观而加上的假彩色。
再来看照片，粗略地，可以说明亮的光环就是发光的吸积盘，中心的黑暗区域就是黑洞。光环近乎圆形，说明吸积盘几乎是正好面对我们。这可以与另一个现象互相印证。人们早已观测到，这个黑洞向外喷射着一道5千光年长的喷流，其方向与我们的视线有大约17度的夹角，朝向北偏东方向。根据现有知识，可以认为喷流与吸积盘平面垂直。下面这张日晷照片可以近似代表吸积盘（表盘）和喷流（指针）的关系，以及相对我们的朝向。我们看到的亮环就相当于表盘的外缘，近似于圆形。
对照片严格的描述需要广义相对论。由于黑洞的引力透镜作用，即使吸积盘在黑洞后面发出的光线，也可能绕过黑洞而被我们看到。所以亮环实际是吸积盘一个被引力扭曲的成像。中间的黑暗区域也不全是黑洞。真正的黑洞奇点当然很小，即使光线不能逃逸的视界也比这个黑暗区域小几倍。
再来说说亮环为何上下不对称。从以上所述可知，从地球看去，M87＊的吸积盘略朝右上方倾斜。假设这个吸积盘是（从地球看去）顺时针转动，由于倾角的存在，其上每一点的切向速度就带有了一个沿着我们视线方向的速度分量。这个分量在圆环的下部是朝向我们而来，而在上部则是背向我们而去。
这个差别造成上下部分发光的频率和强度都有不同。频率的差别就是我们熟知的多普勒效应，下部应该产生蓝移，上部则是红移。由于这次的照片没有观测电波频率的差别，所以我们看不到这种效应。
而光强度的变化相对不那么为人所知。用生活中的现象打个比方，就好像在风中行走，迎着风走感觉风大，顺着风走感觉风小。在黑洞这里当然原理更复杂一些，是一种狭义相对论效应，只有当发光体的速度与光速可以比较时才能感受到，效果是向我们而来的光好像被聚焦，看起来更明亮; 反之，离我们而去的光好像被散焦，看起来变弱。这就解释了照片中圆环上下部分亮度的不同。
最后我们可以想象一下银河系中心黑洞的照片是什么样。与椭球状的M87不同，银河是扁平的螺旋星系，其中心黑洞吸积盘的平面很可能与整个星系的平面一致。从地球看过去，黑洞很像是土星，而吸积盘则像土星的光环。由于上述的引力透镜效应，黑洞周围仍然可能有一圈亮环，中间则被明亮的吸积盘穿过。左右两侧的亮度会有很大不同，究竟哪边更亮，取决于吸积盘转动方向。
