千亿个太阳 作者:[德]鲁道夫·基彭哈恩-第16章

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速度飞开。我们推测，在这些地方很久以前发生过超新星爆发，现在还能看到爆炸云的遗迹。它们之中最有名的是在金牛星座中。蟹状星云和中国—日本的超新星在金牛星座中有一个小的星云，它和仙女座星云不同，是由弥漫的气体
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　　物质组成，而不是由单颗恒星组成。人们称它为蟹状星云（见图7…6），气体物质以很快的速度飞散开，有些部分互相离开的速度达到每秒几千公里。由于知道了星云的大小和气体物质互相离开的速度，于是可以反算出爆炸发生的时间，这样算出的结果是发生在公元1000年左右。在公元1000年人们是否在金牛座这个地方看到了什么？确实，中国和日本的记载都描述了1054年在现今蟹状星云所在的地方有一颗很亮的星发光。这颗星非常亮，以致于有两个星期之久可以在白天看到它。这个现象就是一颗超新星。有关这个现象在欧洲似乎没有记载。每当我得到一本历史书时，我都要看看在1054年发生过什么事情。这样我知道了在这一年中的许多事情。例如在一年中有什么人去世，而这些人我过去从不知道。但是有关使人激动的天体现象却一点也找不到。很难使人理解，一个给人如此深刻印象的事件却没有在任何一本编年史中被记载。也许是当时天空的变化我们不感兴趣，或者是欧洲一连14天都是坏天气①。在超新星现象中好像是整个恒星爆炸并将它的物质，至少是大部分物质抛到空中去了。这颗恒星是否就消失了，还是能留下点什么？1968年人们找到了这个问题的答案。我们将在下章中叙述，但在这之前我们先简短地研究一下被吹到或被抛到空中去的物质。物质脱离恒星后的命运我们银河系内的空间并不是空的。在恒星之间有气体物质和尘埃物质存在。在第12章内我们将会看到，新的恒星会由它们形成。有一部分气体可能是一开始就存在于宇宙里，当由它们形成恒星以后，又将物质送还到宇宙去。星际介质和由恒星飞出的气体混合起来。在演化后期的恒星的星风中，通过凝聚可形成尘埃颗粒，例如北冕座R星就发射出黑云，这黑云使它的光变暗。在空间的气体原子会聚集到尘埃的颗粒上，形成一层坚固的外壳。这样使尘埃颗粒不断地长大，直到它们又被破坏为止。被破坏的原因部分是由于它们在一颗热星的附近而被蒸发，部分是由于它们被宇宙线中的高能粒子所击中，或者是由于它们互相之间的碰撞。由于有恒星物质的飞人，使星际物质的化学成分不断变化。恒星内形成的重元素不断注入到星际物质中，因此星际物质的化学组成基本是由恒星决定。而在星际物质中又会产生新的恒星。正如我们将在第11章看到的那样，当超新星爆炸时，星际物质中的重元素会强烈增多。因为这时有特别多的演化物质被射到空间中去。超新星爆炸时粒子以巨大的速度飞出去，使得它们很快就充满银河系的空间。这些就是在宇宙中和在地球表面都可以找到的宇宙线粒子。直到1968年我们才知道，在一次超新星爆炸中除了空中散开的发亮气体云和宇宙线以外，还有另一种天体被遗留下来。
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　　8．脉冲星不是脉动天体1968年2月，英国刊物“自然”杂志发表了一条激动人心的消息，以至全世界的报纸都来报道，说是安东尼·休伊什（AntonyHewish）在剑桥领导的一个研究组宣布他们收到了来自宇宙空间的无线电信号。剑桥启用新型射电望远镜第二次世界大战结束后，射电天文学蓬勃发展。宇宙气体，特别是恒星之间的星际物质，能在射电波段发出和吸收辐射。宇宙射电辐射能像光线那样穿透地球大气层，能为人们在地球表面接收宇宙信息开辟光线以外的新渠道。它不仅为探查我们这个星系中星际物质的情况提供线索，而且我们还能够接收并研究来自别的星系中气体物质的射电辐射。这种辐射特别强的星系被称为射电星系。这种射电辐射受到由太阳经行星际空间外流的物质，也就是前一章讲到的太阳风的影响，会产生一种随时间起伏的现象，这有点像地球大气层中的气体使星光闪烁跳动那样。为了研究由行星际物质引起的这种起伏现象，60年代在剑桥开始建造一台新型的射电望远镜。在面积2公顷，可容纳57个网球场的土地上建起了2000多面天线。由于要用这个天线阵研究太阳风引起的射电强度的起伏，要求接收装置能够识别射电强度的快速变化。当时的射电望远镜都达不到此要求，故专门设计了这架能发现快速变化的脉冲信号的射电望远镜。因为这座庞大的天线装置不能移动，只有利用各个天区随周日运动依次进入天线视场的现象进行逐条扫描，来观测记录天体的辐射。1967年7月这台设备正式投入使用，开始观测。接收波长约为3。7米，射电强度的记录昼夜不停。每星期观测七个天区的记录纸带长达210米。寻找的是本来均匀发射，但由于透过太阳风而“闪烁”的射电源。用望远镜观测且担任繁重记录处理的是博士研究生乔斯琳·贝尔（JocelynBell），她所巡查的是随地球自转而扫过这射电望远镜视场的天体射电强度的快速起伏。乔斯琳·贝尔的回忆九年后，乔斯琳·贝尔已是伯内尔（Burnell）夫人，在一次饭后谈话中她回想起当年在剑桥跟休伊什攻读博士学位的情景。她必须仔细查看从自动记录装置送出来的没完没了的纸带并写出汇报。根据前30米，她就能将受太阳风影响而闪烁的射电源和来自地球的无线电干扰区分开来。“巡查开始后6或8个星期，我就发现有时候记录曲线上会出现某种异象，它
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　　既不像一个闪烁射电源，也不像人为的无线电干扰。我还想起来，在同一天区的观测记录上，以前就见过一次这种异象。”贝尔小姐本来打算探究下去，但是由于别的工作而搁了下来。到1967年近10月底，她才有机会再度寻找这种现象，并且试图用更高的时间分辨率把它记录下来，结果却是踪影全无。直到11月底，她才把它又找了回来。■“记录纸带在笔尖下徐徐移过，我看得出这种信号是由一系列脉冲所组成；我又觉得这些脉冲好像是等时间间隔的，当我从观测仪器中把纸带1一取出来，这种猜测马上就得到证实了。相邻脉冲的时间间隔是1秒（见3图8…1）。我马上告诉了在剑桥的托尼·休伊什，他当时认为这种脉冲只能是人为的现象。这在当时的具体条件下还有相当道理。不过我不知怎的总有点不明白，何以见得这不是来自某一星体呢？由于这件事毕竟吸引住了他，第二天，正当该射电源通过望远镜视场的时候，他来到现场并幸运地目睹了那些脉冲。”既然每当同一天区通过望远镜视场，这种信号就会重现，这信号显然不是来自地球。另一方面，脉冲看起来又那样像是人为信号，莫非这是另一个文明世界的人们所发？可是，如果说信号来自围绕①另一恒星运转的行星，却又不对。“将近圣诞节，为了和托尼·休伊什谈谈，我闯入了正在讨论如何公布这件奇事的高级会议会场。我们不敢相信收到的是来自另一文明世界的信号，但这种猜测倒是有过，我们也还没有证明那确是自然界产生的射电辐射。如果有人确信已经在宇宙某处发现了地外生命，那么发现者就面临一个很有意思的问题，就是如何做到认真负责地去公布发现结果，首先应该告诉谁？这天下午我们并没有解决这个问题；我十分困惑地回了家。我本来应当写我的博士论文，可不知从哪里冒出来这些个稀奇小绿人，偏偏挑中了我的天线连同我的观测频率，愣要和我们联络通讯。进了晚餐提了神，我回到实验室又去分析观测纸带。在实验室将关门前，我查看了一处截然不同天区的观测记录。在受到强射电源仙后A影响的一个所在天区我又找到了这种异象。我立即去翻寻这一所在天区以前的记录，果然也有所获。这时实验室马上就要关门，我只好走，但我想到，这个天区一清早就要通过望远镜视场，于是几小时后我又奔赴天文台。当时天气严寒，望远镜连同接收机系统内有什么部件冻坏得相当厉害。当然，情况向来如此！可是我照样启动开关，又诅咒又呵气，仪器居然正常运转了足有5分钟。就在这关键的5分钟间，异象又以一串脉冲的形式出现，不过这一回的相邻间隔是1。2秒。我把观测记录放在托尼的桌上，离开天文台过圣诞假期去了。可又来了更惊人的好运！居然会有两①因为如果那样，随着射电源离我们时近时远，辐射传到我们的时刻时早时晚，相邻脉冲的间隔就应该以行星公转一周的时间为周期而富有节奏地变短变长。另一场合的类似现象可见图10…5。
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　　类小绿人选用同样的难以期望的频率同时和地球这一个行星通讯联系，这种可能性实在太小了。”过了不久，乔斯琳·贝尔又发现了两颗脉冲星。1968年1月底，宣布发现第一颗脉冲星的第一篇文章向学术刊物“自然”投了稿。乔斯琳·贝尔也就是现在的伯内尔夫人回忆起来：“在文章刊登前几天，托尼·休伊什在剑桥召开了学术报告会宣布发现结果。看来所有在剑桥的天文界人士全都来了，他们兴趣之大和心情的激动使我开始对我们所开创的这场革命深有所感。霍伊尔教授出席了会议，我还记得他的结束评语，开头时他说这是第一次听到发现了这种星体，所以还想得不多，但是他猜测那该是超新星爆发后的残余星体，而不是白矮星。”由于“自然”周刊的这篇文章中提到，剑桥的天文学家在某一时期也曾考虑过接收到另一文明世界所发信号的可能性，新闻界的报道就抓得特别紧。“当他们发现其中还涉及一位女士，抓得越发紧了。他们让我站着装出查看观测记录纸带的样子，坐着凝视一份虚假记录带，以种种姿态照相。一位记者叫我挥舞双臂，边跑边喊‘瞧，朋友们，我发现啦！’（阿基米德当时就想不到自己忘了做什么！）他们还要我回答一些重要问题，例如问我是比玛格丽特公主高些还是矮些。”脉冲星是微小天体最使天文学家惊奇的是脉冲星的辐射变化之迅速。超短周期变星的光变周期有的不足1小时，甚至更短。在第9章中还要讲述的，1934年武仙座新星兼双星中的一颗白矮星，它的亮度以70秒为周期有规律地变强变弱。这个快变记录保持了一段时期，后来被脉冲星大幅度地打破。随后几个月的研究表明，探索脉冲星所用的时间分辨率愈高，测得脉冲的精细结构也就显得更清楚，万分之几秒内的射电强度变化也能看出来。■■■根据一个脉冲内部强度变化的快慢，可以对脉冲产生区的大小作出某种推断。为简化起见，可以设想有一个球离观测者甚远，用光学望远镜或肉眼看去都只见一个光点（见图8…3）。如果这个球在极短瞬间内发出一道闪光，遥远的观测者会看到什么？辐射以光速传播。由于从球面不同部位出发的光线所经路程不等，同时发出的光线到达观测者眼睛的时刻也就不同。首先到达观测者眼睛的信号发自球面上离他最近的所在，然后是来自一个环形区的辐射，最后则是历经最长路途，发自星球视圆面边缘的光线。本来发出的是短脉冲，在这位观