2019年4月，經過多個國家的科學家的集體努力，人類終於拍到了歷史上歷史上第一張黑洞照片，我們也有幸成為第一批看到黑洞的人，這個所拍攝的黑洞是來自距我們有5500萬光年之遙的近鄰巨橢圓星系M87的中心黑洞。從這張照片上可以看出，黑洞似乎中心是黑洞而周圍是一圈明亮的光環，有的人不禁疑問，既然黑洞連光都可以吸收，為什麼其周圍還有一層光環呢？今天的內容帶大家了解一下。

物質逃離地球的逃逸速度

在引入黑洞的概念之前，我們先來了解一下物質的逃逸。就拿地球與地球上的物質舉例，如果這個物質想要逃離地球，那麼它必須具備一定的速度才可以。在幾百年前的17世紀，物理學第一人牛頓曾經給出答案。

1687年，牛頓發表了他一生之中最為重要的科學巨著《自然哲學與數學原理》，這本書中的大部分內容大家應該都很熟悉，因為學生時代物理學的大部分內容都來自於這本書。其中牛頓提出了著名的萬有引力定律，由定律可知，兩個物體之間存在著相互作用的力，這個力與兩個物體的質量成正比，與兩者之間的距離平方成反比。

由萬有引力定律，牛頓繼而提出了物質的逃逸速度公式，我們在中學的物理課本上經過簡單的推導就可以得到。其實，牛頓的逃逸速度是由其計算炮彈軌跡時發現的。

當一個炮彈在地球上一定高度以一個水平速度發射時，其運動軌跡是一個半幅的拋物線，為什麼會形成一個拋物線呢？那時因為炮彈此時受到了地球引力作用會使炮彈有個向下的速度分量。

很顯然，如果我們放大尺度，地球是一個十分接近標準圓球的球體，其重力始終指向地心，如果炮彈的水平速度足夠快的話，地球引力作用造成的速度分量等同於地球球弧向下的趨勢，於是，炮彈就永遠的環繞地面飛行了，地球同步衛星就是利用這個原理，我們將一些參數帶入牛頓的速度逃逸公式可得出這個速度為7.9km/s,物理學上稱之為第一宇宙速度。

如果炮彈的速度更大，那就可能擺脫地球的引力作用，同樣通過牛頓的速度逃逸公式可知，這個速度為11.2km/s。除此之外，如果物質的速度越來越快，那麼它將逃離太陽系，也可以計算出這個速度，如此等等，這裡就不在贅述，感興趣的讀者可以自行查閱。

是否存在連光也無法逃脫的天體？

在牛頓發表《自然哲學數學原理》約100之後，1783年，英國自然哲學家約翰米歇爾在給亨利卡文迪許的信中提出了這樣的想法：如果一個質量等同於太陽的天體，其半徑只有3公里的話，那麼這個天體是看不見的，因為光無法從它的表面逃離。

1796年，法國物理學家拉普拉斯預言，一個質量超過250個太陽，而直徑只有地球大小的發光恆星，在其重力的作用下，將不允許任何光離開它。

在以牛頓力學為最前沿科學的時代，以上兩位科學家提出了這類天體的構想是超乎常人接受範圍的，因此此後相當長的一段時間並未引起廣泛研究，是否曾在這類天體還不得而知。

直到20世紀初，愛因斯坦相繼提出狹義相對論與廣義相對論。1905年提出的狹義相對論統一了時間與空間，認為時間與空間是一個整體，給出了慣性系下的物質運動規律；1915年，愛因斯坦為了將狹義相對論拓展到非慣性系，發表了他一生之中理論成就的巔峰之作-廣義相對論。在廣義相對論中愛因斯坦闡述了引力的本質是質量造成的時空彎曲並提出了著名的引力場方程。

1916年，正在第一次世界大戰戰場的史瓦西利用業餘時間竟然在引力場方程提出後的短短一年之內給出了方程的解；這個解叫做廣義相對論的史瓦西解。這個解告訴我們廣義相對論預測的一個天體—黑洞。黑洞這個天體的存在被理論驗證，直到2019年才看到黑洞的真實面目。

既然黑洞使光無法逃脫？那麼它周圍明亮的光從何而來？

其實不然，大多數黑洞看起來並不是我們認為的這樣，事實上它是宇宙中明亮的天體，比大多數恆星都要明亮，原因在於黑洞的兩端會噴射出強烈的X射線和等離子體氣流。那麼問題來了，是什麼原因造成了黑洞兩端會噴射x射線以及等離子體氣流呢？x射線也是光的一種，為什麼沒有被黑洞吸收呢？

首先，需要明確的是，x射線和等離子氣體流並不是黑洞本身輻射出的，而是在黑洞外圍的吸積盤所輻射出的。

黑洞吸積盤是由圍繞在黑洞周圍做圓周運動的氣體或者宇宙塵埃組成的。黑洞為什麼會形成吸積盤呢？原因是黑洞吃掉天體的過程造成的，黑洞吸收天體，例如一個大質量的恆星，它並不是直接整個吞下，恆星在靠近黑洞的時候會沿著黑洞做圓周運動，運動的同時恆星上的氣體（主要是氫氣或者氦氣）由於黑洞潮汐力的作用使得靠近黑洞的一端被黑洞吸收。

由於氣體具備了一定的角動量，它們不會立刻朝著黑洞的質心飛去，而是圍繞著黑洞高速旋轉，此時，根據角動量守恆，氣體並不會向黑洞內掉落，但是由於吸積盤內的氣體越來越多，密度越來越大，氣體分子會發生劇烈的碰撞，必定會使氣體分子的角動量發生轉移，吸積盤內存的氣體分子角動量損失較大而向黑洞中心靠近。也因為氣體分子的碰撞而使溫度急劇升並在黑洞吸積盤法向上伴隨著強烈的x射線輻射。

總結

在黑洞的事件視界範圍內的光子是無法逃離的，所以我們看不到黑洞裡到底是什麼或者到底發生了什麼。對於黑洞事件視界之外，雖然它不能吞噬光子，但是可以捕獲光子，改變光子的運動方向，形成高溫高電離物質的吸積盤。

之所以可以拍到黑洞的照片正是黑洞吞噬其他物質過程中形成吸積盤所造成的效應，具體為這個黑洞在光子捕獲半徑處（光子捕獲半徑稍大於「事件視界」半徑）所呈現的光圈和內部「事件視界」及引力透鏡下產生的陰影，以及快速旋轉和相對論波束效應形成的看起來像月牙形狀的圖像。

黑洞是一個恐怖的天體，簡單的看它只有質量，半徑，自旋，帶電狀況幾種性質，和極小的電子類似。黑洞與電子，一個是宇宙中的極大，一個是宇宙中的極小，他們竟然如此的接近的性質。但是由於黑洞距離人類實屬遙遠，人類還無法完全了解黑洞，需要更多的科學家為之努力。