千亿个太阳 作者:[德]鲁道夫·基彭哈恩-第21章
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在爆炸以后本身并没有发生变化的主序星，又继续给白矮星提供含氢丰富的物质，再次在白矮星的表面形成一个能强烈爆炸的覆盖层，并且当氢开始燃烧时再次爆炸。①直到今天还不能将1975年在天鹅座爆发的新星确认为双星系统。于是天体物理学家们想到，也许单个的白矮星可以将星际介质中的气体吸积到表面上而形成含氢丰富的覆盖层。不过这样的想法也许是错的，也许这个系统先要安静一下，然后才会显示出是双星系统，并且具有其他爆后新星所显示的相同性质。同时也可能有我们还不知道的原因。因为如果我们垂直于双星的轨道平面进行观测，那么既不能看到它们互相围绕运动产生的多普勒效应（见附录A），也不能通过两颗星的互相掩食而觉察出它们的双星本质。有物质从一颗星流向另一颗星的密近双星系统给我们带来了一系列新现象。大陵五型星的佯谬，以及像天狼星双星的年龄之谜已得到解决。双星给我们造成了新星现象，同时它也可能是造成当前使人激动的天体——X射线双星的原因。①有的天文学家认为已经探明1975年天鹅座新星也是双星，轨道周期为3。35小时——译者注。
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10。X射线星昨天晚上的物理学会——伦琴教授在一片欢呼声中向教授们和将军们作了关于X射线的研究报告……。精彩表演一个接着一个，射线穿透了利克建议把这一新发现称为“伦琴射线”（暴风雨般的掌声）。伦琴深为感谢。柯利克举杯向伦琴祝贺。48年以来这个学会还没有举行过像这样具有划时代意义的会议。出席会议的人当中还有许多学生和其他听众。1896年1月24日《弗兰肯人民报》这一章里所要讲述的恒星，它们发出的能量不是像太阳那样以肉眼可察的波长为主，我们的感觉器官对这些星体的辐射一无所察，直到1895它们，人们才知道这种辐射的存在。宇宙空间居然发出伦琴射线，或者称为X射线，这件事看来有点奇怪。到医疗部门进行体格检查时，人们会看到，需要具备何等复杂的技术装置才能产生这种射线。那么宇宙空间的X射线是怎么来的呢？从原理上来看，起作用的是同一种过程：医疗装置中由于高速电子突然受阻而产生这种射线。在自然界，当某种气球被加热到以百万度计的高温，它的电子就以高速运动。当某电子闯进附近某原子核的范围中，其运动在核电场中受阻或发生偏转，就产生和X射线管内同样的辐射。太阳周围的气体包层日冕的温度大约可达200万度。其中的快速电子和原子核发生碰撞，因此电子时而受阻，时而又加速。由此就产生了X射线，而日冕把X射线发向太空，人们利用卫星就能把它拍摄下来。可见，即使像我们的太阳这样一颗平凡的恒星，也能告诉我们，宇宙空间确能产生X射线。不过，太阳的能量只有无足轻重的一部分以X射线的形式发射出来，而X射线星则是天上的点源，其辐射的主要部分处在X射线波长区。虽然人们认识它们的年代还不长，可是，这些年来我们由此学到不少的知识，使它们成为激动人心的天体。乌呼鲁卫星的故事来自宇宙空间的X射线并不能穿透地球的大气，而是被最高层空气吸收掉了。因此，直到人们能把遥控望远镜用气球送上地球大气高层或者用火箭射入外空时，才诞生了X射线天文学。经过了以太阳为主，观测日冕X射线的早期观测阶段，人们随即又开始去探寻来自宇宙其他方向的X射线。这样就揭开了现代天体物理学的新篇章。
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当代科学，特别是实验科学，个人创建伟业的时代已结束了。学者们结成研究组，奔赴各地参加讨论会，既集思广益，又自我提炼雕琢，还要融合合作者的见解；这样，一篇论文发表出来，其中只见研究结果，读者很难了解到成果是如何取得的。关于X射线星的发现史，在这里要讲的只是从X射线天文学发展历程中挑选出来的若干事件，以及大批物理学家、天文学家和工程师中的某些代表人物，顺便要提及的还有一家公司。世界各地的民航机场，几乎都使用复杂装置产生弱X射线来检查旅客的行李。在北美洲这种设备的主要制造商是AS＆E公司，全名叫美国科学与工程研究公司。这家公司于1958年由马丁·安尼斯（MartinAnnis）创建，最初主要成员是一部分科研人员。该公司早年曾和美国最著名的工业大学之一，MIT即麻省理工学院紧密合作，从事核武器研制。首批X射线卫星的问世正是归功于AS＆E公司。意大利人里卡多·嘉可尼（RiccardoGiacconi）获得一份富尔布赖特（Fulbright）奖学金，于1956年来到美国。他以前从事物理研究，擅长宇宙射线测量。1954年他在米兰获博士学位，到美国后，他先在布卢明顿市印第安纳大学，后来又在普林斯顿从事同类工作。有位同事劝他去AS＆E公司试试，于是他结识了当时已有27人的这家公司的董事长马丁·安尼斯。1959年9月，嘉可尼开始了他在这家美国科学与工程公司的生涯。不久，安尼斯就把他介绍给布鲁诺·罗西（BrunoRossi）。物理学家罗西早在第二次世界大战前就移居美国，他最初在麻省理工学院任职，曾经和在芝加哥创建世界第一座核反应堆的大科学家恩里科·费米（EnricoFermi）进行合作研究，当时他除了在麻省理工学院兼职外，还担任美国科学与工程研究公司一个咨询组的主任。关于初次会见著名的罗西先生的情景，嘉可尼后来这样写道：“布鲁诺·罗西在他家里和我谈话时强调说，他认为，除了某些其他空间项目外，研究各种天体的X射线是特别值得抓的课题。虽然这方面是个空白，但他相信，对一个完全新的领域进行探索应该会取得成果。我马上去作调查，以了解这方面人们已经掌握的情况。结果只有赫伯特·弗里德曼（HerbertFriedmann）研究了太阳的X射线，别的宇宙X射线源一个也没有找到。”嘉可尼一面筹划可能的X射线接收设备，一面和别人商讨测量宇宙X射线的可行技术方法。1960年，美国国家航空航天管理局为第一架X射线望远镜开了绿灯。当时嘉可尼周围已经形成一个小组，在美国科学与工程公司从事空间试验研究。它在1961年发展到70人；1962年，19枚火箭与7颗卫星载着它的试验装置上了天，其中就有一台X射线接收机。试验结果表明发现了并非出自我们跟前的太阳，而是来自银河系深处甚至更遥远所在的宇宙空间X射线。1962年7月，在天蝎星座找到第一个点源，发现了第一个X射线星！嘉可尼写道：“受到这一成果的鼓舞，弗里德曼和海军研究实验室的科研人员于1963年4月成功地证实了我们的发现。1963
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年9月我向国家航空航天局呈送了一份未来工作计划，汇报了我关于观测X射线需使用一个徐徐自转的新卫星和一架1。2米望远镜的设想。对我来说，在那个年代里一个明确的研究方向业已确立，只消大自然配合，来促成这一切。”1970年12月12日，国家航空航天局把嘉可尼小组研制的一颗卫星从肯尼亚海岸发射上天。这天正是1963年肯尼亚宣布为独立国家的独立节，人们就把这颗卫星取名叫乌呼鲁，这个斯瓦希里语单词的含义就是“自由”。图10…1表示国家航空航天局画家所设想的乌呼鲁卫星在宇宙空间的情景。卫星上的仪器在它的有效期间在天上发现了100多个点源。这项研究成果给里卡多·嘉可尼和他的合作者们在学术界带来了极高的声望，也给东方和西方的天体物理学者出了许多难题；实际上我们还远没有理解乌呼鲁所发现的天体。只是近几年来我们从这些天体了解到不少知识。■对于新发现的天体，天文学家总想弄清楚的首要问题，就是它们究竟位于何处。多数情况下，测定这些天体的距离是很困难的，不过往往只要略知数值就解决问题了。比方说，想要搞清楚那些天体是否位于我们银河系内。前面讲脉冲星时我们已经知道如何寻找这个问题的答案。办法就是去查对，它们在天上的分布是否和我们银河系中的恒星相同。检验结果见图10…2。图中把乌呼鲁卫星所找到的X射线源画在坐标网格内，中央水平直线代表银河系对称平面。一望而知X射线源大多数集中在银河附近。恒星密布之处X射线源也较多。不过，即使偏离银河系平面向空中望出去，也能遇到一些，这首先是遥远的星系成团的所在。■下面谈谈只限于我们银河系内的X射线源。我们已经知道它们大致离开我们多远。平均说来它们的距离和银河系中多数恒星的距离相当，也就是说几千光年那么远。根据我们所接收到的辐射量可以估算出这些天体的原本辐射功率，其结果是，它们在X射线波段的辐射强度大约为太阳全波段辐射强度的1000倍。武仙座X射线星这里要讲的第一个对象是乌呼鲁卫星在武仙星座所发现的一个天体，称为武仙X…1。卫星所测到的这一天体的辐射来得可不均匀。实际上接收到的是一批X射线闪光，它们以1。24秒的间隔一个挨着一个传来，如同图10…3所示。■■可是，相邻两个X射线脉冲的时间间隔并非严格不变。它慢慢变短，
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接着又变长，这种变化以1。70017天的周期循环反复地进行着，大致像图10…4所示。这种现象似乎反映这个X射线源时而向着我们，时而又背离我们运动，就如同它在围绕另一天体运转那样。我们可以设想有一颗星处在中心，另有一个X射线源沿着圆轨道围绕它运动，轨道周期为一天。假定这个源本身每隔一秒钟发出一道X射线闪光。看了图10…5就会明白，这时观测者应看到脉冲时而稀松，时而紧密的现象，和我们观测武仙座那个X射线源所见情景相同。因此我们断定，那个X射线源是在围绕另一颗星运动，而轨道周期就是1。70017天。■讲到这里，读者也会往下推想：两颗挨得很近的恒星相互围绕运行，那么从地球上看去它们有时可能相互掩食。大陵五或柱二正是这样而成为我们所见的食变星的。如此看来，如果我们观测到的X射线源是在绕某星运动，它也就可能每公转一周，即每隔1。70017天被该星所掩食，X射线信号就会相应地暂缺。■人们果真测到了武仙X…1的这种现象！图10…6表示乌呼鲁卫星1972年1月的观测结果：每隔1。70017天X射线脉冲暂缺大约5小时，反映那时X射线源被另一颗星所遮掩！但现实的复杂性还不止于此！这X射线源并非不断地在发射。它处在“开机”状态的时间为12天，而中断这种1。24秒脉冲开�
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