登陆注册
45993000000010

第10章 脉冲星的发现

1967年7月,英国剑桥大学射电天文台专门设计制造的一架新型射电望远镜开始投入观测,它有2048个天线,分成16排,占地21000平方米(相当于32亩)。它的观测结果都自动记录在一盘盘的纸带上,一天下来,得到的纸带有30多米长。10月份,休伊什教授的一位女研究生贝尔小姐在分析这些资料时发现,其中似有一个神秘的射电源,每到子夜时便会发生闪烁,而分析表明,子夜时仪器正对着狐狸座的上方,这种闪烁表现为一个个有规则、有周期的脉冲。休伊什对这种原因不明的脉冲讯号很感兴趣,决定改进仪器与方法,作进一步的研究。11月28日,他们已证实这个射电源发出的无线电脉冲波长是3.7米,周期极其稳定,为1.337秒。

这是什么引起的呢?显然不是太阳,因为子夜时太阳在地球的“下面”。是人类自己造成的无线电干扰吗?也不像,因为它来自固定的天区——狐狸座。休伊什不禁怦然心动,他想到了科幻小说中的“宇宙人”,或许这是他们正在向茫茫太空中发出找寻知音的讯号?这种周期准确、有强度变化的讯号难道正是它们的电码?休伊什这时刚读到一本引人入胜的描写“宇宙小绿人”的科幻小说,在宇宙深处某个遥远的星球上,有着一个极其繁荣发达的文明社会。由于这个星球强大的引力作用,那儿的居民怎么也长不高。因为科学技术太先进了,那儿的人不必劳动,四肢也退化了,惟有发达的大脑。他们也不用吃东西,因为它那绿色的皮肤可以像植物那样进行光合作用……当然他们也在努力寻找其他“宇宙人”。于是休伊什把这个神秘射电流记为“LGM1”。LGM正是小的绿色人(Little Green Men)的缩写。他也确实花了一番工夫来研究这些“密码”,企图破译“小绿人”呼叫的具体内容……

脉冲星自从1967年发现第一颗脉冲星以来,天文学家已经发现1000多颗脉冲星。脉冲星是有着强磁场的旋转着的中子星,它们发出有规律的射电脉冲。最快的脉冲星发出的脉冲为624次/秒,而最慢的脉冲为每5.1秒1次,多数脉冲星位于我们银河系,但也有很多在球状星团中发现。麦格内塔星是新发现的一颗有着更强烈磁场的中子星。他们可能与太空中的一些神秘伽马射线的爆发有关。

随后,有关这种奇特脉冲的发现纷至沓来,到1968年1月,贝尔小姐已查明会发出这种令人费解的“密电码”的射电源有4个!哪会有这么多的“宇宙小绿人”同时向我们呼叫?而且它们正好不约而同地使用同一“电台”的频率(81兆赫或波长3.7米)?于是科学家相信,这是一种以前不知道的新型天体——射电脉冲星,简称脉冲星,统一的记录符号为“PSR”后加位置。如,最早发现的狐狸座脉冲星记为“PSB1919+21”,表示它的赤经为19小时19分(相当于289°15′),赤纬+21°。

奇怪的闪烁

1968年2月,休伊什宣布了发现脉冲星的消息,引起了很大轰动,人们争相探索。到1968年底,脉冲星的名单已扩大到23颗,1974年时达132颗,现在已有近千颗。后来人们把这列为“20世纪60年代四大发现”之一,休伊什还因而获得了27.5万瑞典克郎的1974年诺贝尔物理学奖金!

经过几年研究,人们终于相信,脉冲星不是什么“怪物”,而是人们还未见过面的“老朋友”。早在20世纪30年代时,一些核物理学家就预言,宇宙中可能存在着全部由中子组成的“中子星”。众所周知,物质通常都是由分子构成的,而分子又是由原子组成的。原子本身就像小小的“太阳系”,原子的质量集中在中心的原子核内,因为电子的质量只有中子或质子的1/18400。

脉冲星的运行原理中子星旋转的同时,从它的两个磁极各发出一束电波。每当波束扫过地球时,我们探测到一次射电波脉冲,就像灯塔的灯光一样。旋转着的中子星逐渐散尽了它的能量并慢下来,几百万年后它就慢得发不出射电波并逐渐消失。

以氧为例,氧原子外围有8个电子,核内有8个质子和8个中子,所以氧原子核的质量是其电子质量的29000多倍。但原子核的体积很小,只有整个原子的十亿分之一。如果原子像个直径1米的圆球,那原子核只有菜子那么大。但是,电子的壳层十分牢固,任你重锤猛敲、火烧冰冻,都无法破坏它。20世纪30年代时科学家认为,宇宙间有各种特殊条件,由于某种极大的压力,使原子的电子壳层被压碎,本来在外围高速运动的电子被压进了原子核内,带负电的电子与带正电的质子就会吸在一起,电荷抵消而变成中子,这样便形成了全部由中子组成的“中子星”。可想而知,中子星的密度将大得不可思议!

中子星与白矮星的比较

在半个世纪以前,人们对诸如天狼伴星那样的白矮星为什么会有这么高的密度,还难以理解,比白矮星还密亿万倍的中子星,只是科学家笔下的“水月镜花”而已,就连从理论上作此预言的前苏联天文学家朗道本人,心底深处也不指望宇宙中真会有这种奇特的天体。

脉冲星的发现,使得人们旧话重提。通过各方面的论证,现在科学家们早已确信无疑,脉冲星就是中子星——高速自转着的中子星!

前面已经说过,白矮星的大小与行星相仿,直径大约为几千到几万千米。中子星物质的电子壳层都已被压碎,所以它的半径理应比白矮星小千倍,即只有几到几十千米。理论研究认为,脉冲星的半径在10千米左右。所以二者相比,又好像是菜籽与大气球!

中子星超新星的爆发标志着一颗恒星的死亡,同时它也以另一种形式获得了再生。恒星的外部被抛到太空时,核心衰变成一颗中子星——一个小的超高密度的物体,正如把太阳塞入比纽约城还小的地方一样。由于它强大的磁场和引力场,中子星常常变成脉冲星。射电脉冲星发出有规律的射频电波脉冲,而X射线脉冲星抛出同样有规律的高能量辐射。银河系可能遍布着这些奇怪天体的残余物。

中子星的内部中子星不是由气体构成的,它们是固体和液体的结合。外壳由固态铁构成,其下面几乎完全是由被叫作中子的亚原子微粒构成的液体。当恒星塌陷的时候。几乎所有的原子被聚集在一起,迫使电子和原子合并成中子。

中子星的密度中子星里的中子是极小的,并且紧密地挤在一起。这使中子星有难以置信的高密度,它的引力如此之强,以至于火箭必须以光一半的速度起飞才能脱离它的表面。一颗质量为太阳质量3倍多的中子星,在它自身引力的作用下塌陷而形成黑洞。

中子星

脉冲星的质量可与太阳相比,约为十分之几到2倍太阳质量。这样不难算出,它的平均密度为1014~1017千克/米3,就是说,1立方厘米的中子星物质,竞重达l亿多吨!黄豆大小的一块东西要1万艘万吨轮才承受得起。这样的物质如果来到地球上,将立即会压破地壳,钻到地球的中心。

脉冲星发出一个个射电脉冲,这种脉冲有极其准确的周期。已知的脉冲星周期在0.03~4.3秒之间。脉冲星的周期极其稳定,足以与最好的原子钟相媲美。例如前文提及的蟹状星云内的脉冲星PSR0531+21,其脉冲周期的准确值为0.03309756505419秒,准确到小数点后14位(百万亿分一秒)!有的脉冲星1亿年才变化0.4秒,比目前世界上最准确的铯原子钟(每500万年差1秒)还要精确50倍!

为什么脉冲星不像太阳、行星那样发出稳定、连续的电磁波,而只是一个个的脉冲?如PSR0531+21,用大望远镜可见到它如萤火虫那样在一闪一闪地发光(周期与射电脉冲相同,约0.033秒)。其原因说穿了并不复杂:设想有一辆在原地旋转的坦克车,它的机枪在不停地扫射,则火力划出一个圆锥面。在圆锥面上的每一点,都是每一圈受到一次枪击。脉冲星也这样,由于它上面极其强大的磁场的约束作用,使它发出的电磁波(射电和可见光都是电磁波)只能从“机枪口”——磁极区射出,这就是天文学上讲的“灯塔效应”。如果地球正好在灯塔扫过的圆锥面上,就可见到一个个脉冲,反之,如地球离该圆锥面很远,则将发现不了它。

(左)转动着的坦克形成的火力圈(右)脉冲星的“灯塔效应”

从演化的角度讲,脉冲星与白矮星处于同等的地位上——都是垂死的、没有能量来源的、即将熄灭的晚年恒星,它也是超新星爆发后剩下的内核。质量较大的核变为中子星,质量稍小的则会变为白矮星,这是因为质量小时引力也小,坍缩时压不垮电子壳层。

虽然,迄今发现的脉冲星还不到1000颗,但因为它是大质量恒星演化到后期的必经阶段之一,所以可以估计出在银河系内,脉冲星大约在20万颗以上。

同类推荐
  • 历代科技(上)

    历代科技(上)

    中华民族是世界上最古老的民族,中华文明是世界上最悠久的文明之一。中国有文字记载的历史近5000年之久,从公元前841年开始,有文献可考的编年史从未间断,至今已近3000年,这在人类历史的长河中是绝无仅有的。世界四大文明古国中,只有中国的历史始终传承有序,从未中断。
  • 科技难题博览

    科技难题博览

    我们所处的时代是一个日新月异的时代,如何使孩子具有较高的素质和能力,以适应时代的要求,从小帮助孩子养成良好的阅读习惯,满足他们的好奇心和求知欲至关重要。为此,我们精心编辑出版了本丛书,力求从多方面、多角度开阔孩子的视野,增长孩子的知识,启迪孩子的智慧,开发孩子的智力,陶冶孩子的情操,从小培养孩子学科学、爱科学、用科学的兴趣。科学技术是第一生产力,要崇尚科学的力量,所有的事物总是可以得到一个科学的解释。但在历史上却有很多事情给了科技一个难题。让人们猜不透,弄不明,不知道它是如何而形成产生的。大概是人们还没有找到合理去解释它们的方法,或许有一天总会得到科学的解答。
  • 冰天雪地:雪灾与低温灾害的防范自救

    冰天雪地:雪灾与低温灾害的防范自救

    青少年是祖国的未来和希望,在成长过程中应受到各方面的特殊保护;同时,青少年自身要提高自我保护意识,学会一些必要的保护自己的方法和技巧,为自己创造一个安全的学习和生活的空间。对于防范自然灾害来说,居安思危才能处变不惊,防患未然才能游刃有余。青少年必须学会自我保护,树立防范意识,知道防范的方法,逐步培养自我防范的能力。本书以图文并茂、通俗易懂的方式介绍了常见的自然灾害的防范常识,在最短的时间内教会同学们如何面对突然的灾难,保持冷静、勇敢,及时做出最正确的选择!
  • 科学新知丛书-拯救生物多样性

    科学新知丛书-拯救生物多样性

    本书详细介绍了全球和我国生物多样性的概念、状况、价值、遭受破坏的原因以及保护措施等知识。
  • 新编科技大博览(A卷)——穿越时空的现代交通

    新编科技大博览(A卷)——穿越时空的现代交通

    现代社会的飞速发展很大程度上得益于科技的进步,“科技是第一生产力”已日益成为人们的共识。但是,由于现代科学的分工越来越细,众多的学科令人目不暇接。对于处于学习阶段的广大青少年而言,难免有“乱花渐欲迷人眼”的困扰。有鉴于此,我们组织了数十名在高等院校、教育科研机构的工作、有着丰富的青少年教育的专家学者,编选了这套《新编科技大博览》。
热门推荐
  • 民办大专女生东莞打工风景线

    民办大专女生东莞打工风景线

    这是一部职场励志作品。写这篇回忆文章时候,我已经在东莞度过了整整十三年,其间的辛酸实在难以详尽记述。十三年来,我经历了人生最悲惨的流浪生活,饱尝人生百态,历尽世态炎凉。--情节虚构,请勿模仿
  • 夏殇沫宇情

    夏殇沫宇情

    小时候的夏之沫和梁宇是玩伴,梁夏两家也算是世交,梁宇的父亲是梁氏集团的总裁,而夏之沫的父亲则是梁氏集团总裁的司机兼助理。两家的关系一直很好,可事事不能如人所料,就在梁宇父亲精心投资项目中,不只是谁泄露了消息,让一直虎视眈?的远东集团钻了空隙,差点让梁氏集团破产,梁宇的父亲在焦急交加之中突发心脏病至死。最终梁氏集团在面临破产的情况下被远东集团收购。长大后的梁宇在远东集团总裁的压迫下隐忍成长,还娶了最不想娶了最不想娶的女人(远东集团总裁的女儿),这更让梁宇对远东集团的憎恨加深,对他来说这是他的耻辱。他觉得父亲的死是那个神秘的告密者所为,他想尽一切办法调查告密者。
  • 横行于丧尸世界的僵尸

    横行于丧尸世界的僵尸

    末世前一天被权贵害得身死且家破人亡得神秘僵尸空间,长埋于地底六年重新见得天日且看林牧如何在这丧尸与妖兽林立的新纪元,重新找回属于中华尸族的尊严僵尸,集天地怨气,取天地死气,晦气而生。不老,不死,不灭,被天地人三界摒弃在众生六道之外,浪荡无依,流离失所。身体僵硬,在人世间以怨为力,以血为食。称为僵尸。——————新人新书,求大家能够支持一下,感激不尽。
  • 浮世大千

    浮世大千

    佛闭眼不见众生,神端坐却掌红尘。刘辰,生于草莽。离故乡,登朝堂。权盖天下,武通古今,回首只见一片血海。既登绝巅,仁心安在?“每当我想起苟且挣扎之苦,内心便越加坚定。”世间有我,寰宇澄清,天下太平。
  • 毕业季的爱情

    毕业季的爱情

    一段青春故事,从两位大学生的毕业旅行开始,从此他们便踏入纷纷扰扰的社会当中,他们和他们的朋友,进入到白热化的爱情、事业、家庭、梦想的战争中,友情、亲情、爱情的交织,他们该如何一步一步的走向人生的正轨呢?但愿读者感同身受,在他们身上,应该能找到自己的影子,加油,青春,加油,爱情!
  • 硬核型渣男

    硬核型渣男

    灾厄降临,诸王争锋;人神博弈,只争朝夕。少女在城头吟诵,少年在月夜疾行。这是诸天降怒之日,红色的妖魔在那男孩身侧咆哮。机甲与灾厄起舞,刀与火在悲鸣!你相信命运吗?男孩儿归剑入鞘,在风中轻轻吟诵。云霞万里,漫天飘零的绯花为谁而落!
  • 芥子长生

    芥子长生

    穿越为奴,妹子还要殉葬。楚凡战天下,证长生。通过芥子,连通了一个遥远神秘的空间……
  • 牧云和尚七会语录

    牧云和尚七会语录

    本书为公版书,为不受著作权法限制的作家、艺术家及其它人士发布的作品,供广大读者阅读交流。
  • 她在回忆中独活

    她在回忆中独活

    谁的青春没撞过几次南墙,只可惜她撞得太狠,没留下半点重生的余地。该是有多绝望才会选择遗忘,既然已经遗忘,又为何让多次的重逢唤醒一丝一缕的执念......
  • 时空旅行团

    时空旅行团

    《时空旅行团》讲述因为一场意外,幻想时空旅行社的由希带领着来自各个异世界的奇怪客人们乌龙穿越了时空,使时空发生了严重错乱,甚至还出现了几个时空同时并存的现象。在旅行期间,大家患难与共,建立起深厚的感情,由希也因此得到了友情,还有珍贵的爱情……然而,就在由希沉浸于幸福之中时,令她没想到的是,原来这场旅行从一开始就是一个阴谋……《时空旅行团》中所有的人接近她都另有目的,包括自己最爱的人……