群里机器人怎么设置:脉冲是一种什么样的天体 ?

1967年10月，剑桥大学卡文迪许实验室的休伊什教授的研究生——24岁的乔丝琳·贝尔小姐在检测射电望远镜收到的信号时无意之中发现了一些有规律的脉冲信号，这些脉冲信号的周期十分稳定，为1.337秒。起初她以为这是地外智慧生命“小绿人（LGM）”发来的信号，但在接下来不到半年的时间里，又陆陆续续发现了数个这样的脉冲信号。后来人们确认这是一类新的天体，并把它命名为脉冲星(Pulsar又称波霎)。脉冲星与类星体、宇宙微波背景辐射、星际有机分子一道，并称为20世纪60年代天文学“四大发现”。休伊什教授本人也因脉冲星的发现而荣获1974年的诺贝尔物理学奖，尽管人们对贝尔小姐未能获奖而颇有微词。

基本上我们相信脉冲星是大质量恒星在演化末期而形成的中子星。恒星在演化末期，缺乏继续燃烧所需要的核反应原料，内部辐射压降低，由于其自身的引力作用逐渐坍缩。质量不够大(约数倍太阳质量)的恒星坍缩后依靠电子的简并压与引力相抗衡，成为白矮星，而在质量比这还大的恒星里面，电子被压入原子核，形成中子，这时候恒星依靠中子的简并压与引力保持平衡。这叫做简并中子态的恒星，又叫中子星。质量更大的恒星则坍缩成黑洞。典型中子星的半径只有几公里到十几公里，质量却在1~2倍太阳质量之间，因此其密度相当大，可以达到每立方厘米上亿吨。由于恒星在坍缩的时候角动量守恒，坍缩成半径很小的中子星后自转速度往往非常快。又因为恒星磁场的磁轴与自转轴通常不平行，有的夹角甚至达到90度，而电磁波只能从磁极的位置发射出来，形成一个圆锥形的辐射区。因而中子星就好像是宇宙中快速旋转的灯塔，它发射的电磁波就好比是灯塔的光束。当光束扫射的方向恰好对着地球的时候，地球上的人们就观察到了急促而有规律的脉冲信号，这就是脉冲星。脉冲星的信号周期就是自转周期。

此为在持脉冲星便是中子星的证据中，其中一个便是我们在蟹状星云(M1)(中国宋朝所发现的超新星爆炸)确实也发现了一个周期约0.033s的波霎。

脉冲星靠消耗自转能而弥补辐射出去的能量，因而自转会逐渐放慢。但是这种变慢非常缓慢，以致于信号周期的精确度能够超过原子钟。而从脉冲星的周期就可以推测出其年龄的大小，周期越短的脉冲星越年轻。

20世纪80年代，由发现了一类所谓的毫秒脉冲星，它们的周期太短了，只有毫秒量级，之前的仪器虽然能探测到，但是很难将脉冲分辨出来。研究发现毫秒脉冲星并不年轻，这就对传统的“周期越短越年轻”的理论提出了挑战。进一步的研究发现毫秒脉冲星与密近双星有关。

1974年，美国的赫尔斯和泰勒发现了第一颗射电脉冲双星PSR1913＋1，它们是两颗互相环绕的脉冲星，轨道周期很短，仅为7.75小时。轨道的偏心率为0.617。当两颗子星相互靠得很近时，极强的引力辐射会导致它们的距离愈加靠近，轨道周期会逐渐变短。通过精确地测量射电脉冲双星轨道周期的变化可以检测引力波的存在，验证广义相对论。赫尔斯和泰勒也因此获得1993年的诺贝尔物理学奖。

2003年4月，研究人员发现PSRJ0737－3039A的周期为22毫秒，并且在有规律地变化。人们认为这是一个罕见的双脉冲星系统，两颗子星都是脉冲星，并且辐射束都扫过地球。观测显示，这对双脉冲星系统的A星是一颗1.337太阳质量的毫秒脉冲星，周期22毫秒，B星是一颗1.251太阳质量的正常脉冲星，周期2.27秒。两颗子星相互环绕的轨道周期仅为2.4小时，轨道偏心率为0.088,平均速度达到0.1%光速。这个双脉冲星系统的发现为检测引力波的存在带来了新的希望。

人类发现的第一颗脉冲星：PSR1919+21，也就是上文贝尔小姐发现的那颗脉冲星，位于狐狸座方向，周期为1.33730119227秒。
人类发现的第一颗脉冲双星：PSR B1913+16
人类发现的第一颗毫秒脉冲星：PSR B1913+16
人类发现的第一颗带有行星系统的脉冲星：PSR B1257+12
人类发现的第一颗双脉冲星系统：PSRJ0737－3039

发现 脉冲星 的故事
2004-12-23
王绶琯

王绶琯：福建福州人。1923年1月出生。天体物理学家，中国科学院国家天文台研究员，中国天文学会名誉理事长，中国科学院院士。

1967年圣诞假期将临，英伦三岛寒风凛冽。深夜里，一个女研究生匆匆忙忙地赶到剑桥郊区的射电天文台，调好接收机，不无侥幸地及时录下了她所追踪的天文信号。这是她观测到的第二个当时被戏称为“小绿人”的无线电信号。

这件事要从当年的11月说起。当时，乔瑟琳·贝尔(Bell,J．，这位年轻的研究生的名字)在用她的射电望远镜进行课题观测时，意外地发现了一种发出周期性“脉冲流”的天体，脉冲周期出奇地规则(我们在日常生活中，钟表的“秒信号”就是一种规则的脉冲流)。乔瑟琳当时测到的信号每隔1．337秒一个脉冲，就像是太空中的钟在不断地播出它的时间信号。这件事如此重要——曾经导致剑桥科学家被授予诺贝尔物理学奖，我们不妨停下来讲一讲当时的情况。

在那个值得纪念的1967年末，乔瑟琳已经在剑桥大学经历了两年半的研究生生涯。她的导师安东尼·休伊什(Hewish，A．)给她的研究题目是利用“行星际闪烁”来测量“类星体”的角径大小。

类星体是20世纪60年代的一项重大天文发现，当时的研究表明，这可能是远达几十亿光年的奇异天体。这么远，发出的电波到达我们这里时还这么强，足见其能量抛射大得出奇!

于是，类星体究竟是不是那么远?靠什么产生这么大的能量?便在当时成为一个热烈讨论的问题。休伊什针对这些问题，让乔瑟琳用“行星际闪烁”方法来估计一批类星体的角径，希望借以做出基本的判断。

“小星星，亮晶晶，好像小猫眨眼睛……”，这是很老的一首儿歌，很形象，足见连幼儿都知道了星光“闪烁”。但是，很多人可能也注意到了，有几颗星星是不闪的，因为它们离我们很近，都是行星(水星，金星，火星，木星，土星)。“闪闪的群星”则都是恒星，离我们非常远(大多数远远超过几个光年)，因此看过去的角径非常小，成为一个点。从这个点的方向投来的光，由于穿过地球上空一团团湍动的气流而形成闪烁(日常生活里，这种闪烁在透过沸水上方的气流看东西时也能体验到)。但是那几颗行星，因为离我们很近(近于千分之一光年)，望远镜里能看出来它们的圆面(也就是量得出它们的角径)，圆面上每个点投来的光都在闪烁，但都是“自顾自”地闪，放在一起时由于不同部位的闪烁此起彼伏，平均起来闪的程度就会降低，甚至于消失。而换一个角度来看，闪烁的程度却正是天体角径大小的一种标志。

电波在空间传播时的情况与此相似。在“行星际空间”(也就是太阳系空间)中，太阳不断地向四周抛撒出一团团电子气体，使得穿过它的天体无线电波发生闪烁。对于类星体，以及其他射电天体，闪烁的程度同样标志着角径的大小，可借以探讨它们的远近以及一些基本的物理性质。

为了测量行星际闪烁，休伊什设计了一台专用的射电望远镜(包括特殊的天线和接收机)。工作波长3．7米。为了能够记录到类星体电波的快速闪烁，天线造得很大，——占地大达两个半足球场，安装了相当于把2000多个普通电视天线联在一起的系统，一共使用了1000多根木头柱子和10多万米铜线。乔瑟琳和她的同伴们自己动手，抡大锤、扭铜线，花了两年工夫建成了这个庞然巨物。天线的花费仅1万多英镑，在一位技工的主持下，一次性投产成功。

这副天线的视场固定地对准南北方向，天体在周日运行中只有当经过南北方向时才能被测到。

他们用这副设备日夜巡测大片天区的射电天体，以O．1秒的反应速度录下信号的闪烁。为了便于直观识别闪烁信号和地面干扰，他们有意不用计算机而用纸带记录仪。记录虽然看起来并不特殊，但是乔瑟琳却以她的细致和敏感，辨认出了这是一种既不同于闪烁也不是干扰的陌生事物，明显地显露出一串规则的脉冲，脉冲周期为1．337秒。

人们对此的第一个反应是，只有能工巧匠才造得出这种像钟表那么规则的周期脉冲。但是，他们查遍了英国当时可能发射这种脉冲的单位，很快就排除了这种想法。那么，是否可能是射电望远镜本身的某种“夹带”?他们用另一台射电望远镜同时观测，结果这一不速之客照样按时出场。这时乔瑟琳发现，这个陌生信号在观测记录里曾经重复出现过，按时间推算，每次正好相隔23小时57分多钟，和其他天体出没的周期相同。这些事实，无可置疑地说明了信号的来源是正宗的天文现象。于是就有了“小绿人”的戏称。

“小绿人”，也就是“地外文明”，应当产生在某个恒星周围的某一行星上，发出的周期性信号很可能会显露出行星公转所带来的周期变化特征。但他们未能测出这种特征。疑团难解!而正是在陷入这种希望+犹豫的疑团之际，发生了本文开头所说的戏剧性的情节。

乔瑟琳在回到爱尔兰老家度假的前夜，惦记起了实验室里堆放着的大批尚待处理的纸带。于是她回到实验室进行这一年的最后一次“独立夜战”。正是这次“夜战”中她发现了另一个“陌生对象”。经过与以往记录的核对，她明确了这个对象将在当夜稍晚时候再次出现在剑桥射电望远镜的南一北向视野里。于是她星夜赶到天文台，及时地记录到了它的信号。正如她所猜测的，这是另一个“小绿人”：整整齐齐的一串脉冲，周期1．27秒。

圣诞节过后乔瑟琳仔细处理了这些资料，发现纸带上距第二个“小绿人”不远处还有一个相似的记录(又是一个“小绿人”!)。多个“小绿人”的出现使他们彻底地放弃了“小绿人”的戏说，因为这些目标相互之间毫无联系，各自与我们相距成百上千光年，我们收到的是相应的几百年前、几千年前的信号。很难想像会有好几个各不相干的“地外文明创造者们”，在极其悬殊的地点和时间，整齐划一地向我们发出这种类似于时钟却又不含其他“智慧信息”的信号!

“小绿人”最后被正式命名为“脉冲星”。剑桥的天文学家们公布他们的发现时引起了科学界的震动。脉冲星很快便被证认为恒星演化理论所预言的“中子星”。

1932年，苏联物理学家朗道(Landau，L．D．，1908—1968)根据恒星演化理论指出，质量在一定范围的恒星，到了演化末期星体发生爆炸、内部猛烈坍塌会使物质中的质子和电子紧密挤压在一起，形成“中子”。这种状态下的“中子星”密度高达每立方厘米(约一茶匙)1000万吨!一个质量比太阳大一倍的中子星，直径会缩到只有lO千米，还不及地球的千分之一!

这种极端致密的后果之一是：坍塌之前原本只是缓缓地旋转着的星体(作为参考：太阳直径约140万千米，自转一周的时间约25天)，一旦坍缩成直径小到不可思议的中子星时，自转速度就会跟着变成快到不可思议(例如每秒钟达一周甚至更快得多)。这是力学上“角动量守恒”规律的必然结果。这一规律在日常生活中并不陌生。举一个大家都知道的例子：每当一个花样滑冰运动员从四肢舒展的“燕子转”突然“缩小”到抱臂直立的“直立转”时，旋转的速度就会成倍地增加。

中子星正是像滑冰运动员那样做着飞快的“直立转”。只不过它的转速非常规则，而且一边旋转一边向空间发射无线电波束，像一座“太空灯塔”。一个中子星沿着它的磁轴方向发出无线电波，每当波束扫过我们地球上射电望远镜的视场时，记录仪上便出现一个短促的“脉冲”，脉冲的周期正是中子星自转的周期。

中子星理论的提出超前于脉冲星的发现30余年，一直被视为难以验证的“奇论”，成为恒星演化模型中的一个“未知数”。脉冲星的发现为中子星提供了一个决定性的有力验证，并由此确立了恒星演化模型作为当代天文学一大理论支柱的地位。与此同时，它以石破天惊之势引发了极端致密物体——中子星、黑洞的探讨，为当代天体物理学(和物理学)的研究开辟了一个富有挑战性的崭新领域。

启示

这是一则始料不及的故事。20世纪最重大的天文发现之一竟是由一位年轻的研究生用造价甚低的自制设备偶然获得的。但当我们意识到这是世界上第一台能够快速记录天体微弱无线电信号的设备，配合以洞察细微的信号处理能力和细大不捐的小心求证意志，其成功应当是可以理解的。

来源：摘编自《科学家讲科学》