定義

脈沖星（Pulsar），又稱波霎，是中子星的一種，為會周期性發(fā)射脈沖信號的星體，直徑大多為10千米左右，自轉(zhuǎn)極快。

人們最早認為恒星是永遠不變的。而大多數(shù)恒星的變化過程是如此的漫長，人們也根本覺察不到。然而，并不是所有的恒星都那么平靜。后來人們發(fā)現(xiàn)，有些恒星也很“調(diào)皮”，變化多端。于是，就給那些喜歡變化的恒星起了個專門的名字，叫“變星”。

脈沖星發(fā)射的射電脈沖的周期性非常有規(guī)律。一開始，人們對此很困惑，甚至曾想到這可能是外星人在向我們發(fā)電報聯(lián)系。據(jù)說，第一顆脈沖星就曾被叫做“小綠人一號”。

經(jīng)過幾位天文學(xué)家一年的努力，終于證實，脈沖星就是正在快速自轉(zhuǎn)的中子星。而且，正是由于它的快速自轉(zhuǎn)而發(fā)出射電脈沖。蟹狀星云脈沖星的X射線/可見光波段合成圖像。

正如地球有磁場一樣，恒星也有磁場；也正如地球在自轉(zhuǎn)一樣，恒星也都在自轉(zhuǎn)著；還跟地球一樣，恒星的磁場方向不一定跟自轉(zhuǎn)軸在同一直線上。這樣，每當(dāng)恒星自轉(zhuǎn)一周，它的磁場就會在空間劃一個圓，而且可能掃過地球一次。

那么豈不是所有恒星都能發(fā)脈沖了？其實不然，要發(fā)出像脈沖星那樣的射電信號，需要很強的磁場。而只有體積越小、質(zhì)量越大的恒星，它的磁場才越強。而中子星正是這樣高密度的恒星。

另一方面，當(dāng)恒星體積越大、質(zhì)量越大，它的自轉(zhuǎn)周期就越短。我們很熟悉的地球自轉(zhuǎn)一周要二十四小時。而脈沖星的自轉(zhuǎn)周期竟然小到0.0014秒！要達到這個速度，連白矮星都不行。這同樣說明，只有高速旋轉(zhuǎn)的中子星，才可能扮演脈沖星的角色。

特性

脈沖星發(fā)射射電脈沖

這個結(jié)論引起了巨大的轟動。因為雖然早在30年代，中子星就作為假說而被提了出來，但是一直沒有得到證實，人們也不曾觀測到中子星的存在。而且因為理論預(yù)言的中子星密度大得超出了人們的想象，在當(dāng)時，人們還普遍對這個假說抱懷疑的態(tài)度。

直到脈沖星被發(fā)現(xiàn)后，經(jīng)過計算，它的脈沖強度和頻率只有像中子星那樣體積小、密度大、質(zhì)量大的星體才能達到。這樣，中子星才真正由假說成為事實。這真是上世紀天文學(xué)上的一件大事。因此，脈沖星的發(fā)現(xiàn)，被稱為二十世紀六十年代的四大天文學(xué)重要發(fā)現(xiàn)之一。

脈沖星是20世紀60年代天文的四大發(fā)現(xiàn)之一。至今，脈沖星已被我們找到了不少于1620多顆，并且已得知它們就是高速自轉(zhuǎn)著的中子星。

脈沖星有個奇異的特性——短而穩(wěn)定的脈沖周期。所謂脈沖就是像人的脈搏一樣，一下一下出現(xiàn)短促的無線電訊號，如貝爾發(fā)現(xiàn)的第一顆脈沖星，每兩脈沖間隔時間是1.337秒，其他脈沖還有短到0.0014秒（編號為PSR-J1748-2446）的，最長的也不過11.765735秒（編號為PSR-J1841-0456）。那么，這樣有規(guī)則的脈沖究竟是怎樣產(chǎn)生的呢？

天文學(xué)家已經(jīng)探測、研究得出結(jié)論，脈沖的形成是由于脈沖星的高速自轉(zhuǎn)。那為什么自轉(zhuǎn)能形成脈沖呢？原理就像我們乘坐輪船在海里航行，看到過的燈塔一樣。設(shè)想一座燈塔總是亮著且在不停地有規(guī)則運動，燈塔每轉(zhuǎn)一圈，由它窗口射出的燈光就射到我們的船上一次。不斷旋轉(zhuǎn)，在我們看來，燈塔的光就連續(xù)地一明一滅。脈沖星也是一樣，當(dāng)它每自轉(zhuǎn)一周，我們就接收到一次它輻射的電磁波，于是就形成一斷一續(xù)的脈沖。脈沖這種現(xiàn)象，也就叫“燈塔效應(yīng)”。脈沖的周期其實就是脈沖星的自轉(zhuǎn)周期。

然而燈塔的光只能從窗口射出來，是不是說脈沖星也只能從某個“窗口”射出來呢？正是這樣，脈沖星就是中子星，而中子星與其他星體（如太陽）發(fā)光不一樣，太陽表面到處發(fā)亮，中子星則只有兩個相對著的小區(qū)域才能輻射出來，其他地方輻射是跑不出來的。即是說中子星表面只有兩個亮斑，別處都是暗的。這是什么原因呢？原來，中子星本身存在著極大的磁場，強磁場把輻射封閉起來，使中子星輻射只能沿著磁軸方向，從兩個磁極區(qū)出來，這兩磁極區(qū)就是中子星的“窗口”。

中子星的輻射從兩個“窗口”出來后，在空中傳播，形成兩個圓錐形的輻射束。若地球剛好在這束輻射的方向上，我們就能接收到輻射，且每轉(zhuǎn)一圈，這束輻射就掃過地球一次，也就形成我們接收到的有規(guī)則的脈沖信號。

燈塔模型是現(xiàn)在最為流行的脈沖星模型。另一種磁場震蕩模型還沒有被普遍接受。

脈沖星是高速自轉(zhuǎn)的中子星，但并不是所有的中子星都是脈沖星。因為當(dāng)中子星的輻射束不掃過地球時，我們就接收不到脈沖信號，此時中子星就不表現(xiàn)為脈沖星了。

脈沖星的一般符號是PSR。例如，第一個脈沖星就記為PSR1919 21。1919表示這個脈沖星的赤經(jīng)是19小時19分; 21表示脈沖星的赤緯是北緯21度。

雙脈沖星PSRJ0737-3039A/B的發(fā)現(xiàn)，讓人們欣喜若狂。它是由兩個脈沖星形成的雙星系統(tǒng)。能夠發(fā)現(xiàn)雙脈沖星系統(tǒng)，確實是非常幸運的事情。對PSRJ0737-3039A進行計算以后，科學(xué)家預(yù)言它的脈沖輪廓形狀會發(fā)生較快的演化，甚至預(yù)言在2020年左右，它的光束會由于軸線進動而從我們的視線中消失，但是，仔細的觀測結(jié)果顯示，預(yù)期的脈沖輪廓形狀根本就沒有發(fā)生變化，這對科學(xué)家的打擊可是不小。預(yù)言的失敗讓我們感到，脈沖星的燈塔模型似乎存在著問題。

脈沖原因

盡管還沒有十分有力的證據(jù)，但是全世界的脈沖星專家都相信，脈沖星并非或明或暗地閃爍發(fā)光，而是發(fā)射出恒定的能量流。只是這一能量就像手電筒的光線那樣匯聚成一束非常窄的光束，從星體的磁極發(fā)射出來。中子星的磁軸與旋轉(zhuǎn)軸之間成一定角度（這與地球的磁北極地理北極位置略有不同一樣）。星體旋轉(zhuǎn)時，這一光束就象燈塔的光束或救護車警燈一樣，掃過太空。只有當(dāng)此光束直接照射到地球時，我們才能用某些望遠鏡探測到脈沖星的信號。這樣一來，恒流的光束就變成了脈沖光。 

幾乎所有的專家都相信上述這種燈塔模型。但是也有“離經(jīng)叛道”的不同意見被提了出來。新的觀點認為脈沖星的發(fā)光不是源自它的磁極，而是來自它的周圍。同時認為，脈沖星發(fā)出脈沖光是因為它的磁場在高速地翻轉(zhuǎn)振蕩，激變的磁場造成星體周圍出現(xiàn)了極高的感生電場。這個感生電場的峰值出現(xiàn)在磁場過零點附近，并且加速帶電粒子使其發(fā)出同步輻射。這就可以解釋脈沖信號的產(chǎn)生機理。

磁場振蕩模型的優(yōu)點在于有太陽這個低頻振蕩的樣板。我們知道，太陽磁場的方向每過11年就會翻轉(zhuǎn)一次，如果太陽塌縮成了中子星，它的自轉(zhuǎn)周期可以縮短到秒級甚至毫秒級，同時，它的磁場翻轉(zhuǎn)周期也可能達到毫秒級。電磁振蕩模型遇到的問題在于如下疑問：星體的磁場真的能那么快地翻轉(zhuǎn)嗎？當(dāng)然，燈塔模型也有它的問題：磁鐵高速旋轉(zhuǎn)的時候，真的能從磁極發(fā)光嗎？

脈沖信號的輻射，曾經(jīng)被認為是中子星的極端磁場的特有行為。但是后來人們發(fā)現(xiàn)，在某些主序星上，比如超冷星TVLM 513-46546和化學(xué)特殊星CU Virginis，都發(fā)現(xiàn)了非常相似的脈沖輻射，而這些星體的磁場都很低（數(shù)千高斯）。這對磁場震蕩模型是有利的。因為磁場震蕩模型降低了對磁場強度的要求。

絕大多數(shù)的脈沖星可以在射電波段被觀測到。少數(shù)的脈沖星也能在可見光、X射線甚至γ射線波段內(nèi)被觀測到，例如著名的蟹狀脈沖星就可以在射電到γ射線的各個波段內(nèi)被觀測到。

發(fā)現(xiàn)

1967年10月，劍橋大學(xué)卡文迪許實驗室的安東尼·休伊什教授的研究生——24歲的喬絲琳·貝爾檢測射電望遠鏡收到的信號時無意中發(fā)現(xiàn)了一些有規(guī)律的脈沖信號，它們的周期十分穩(wěn)定，為1.337秒。起初她 以為這是外星人“小綠人（LGM）”發(fā)來的信號，但在接下來不到半年的時間里，又陸陸續(xù)續(xù)發(fā)現(xiàn)了數(shù)個這樣的脈沖信號。后來人們確認這是一類新的天體，并把它命名為脈沖星(Pulsar，又稱波霎)。脈沖星與類星體、宇宙微波背景輻射、星際有機分子一道，并稱為20世紀60年代天文學(xué)“四大發(fā)現(xiàn)”。安東尼·休伊什教授本人也因脈沖星的發(fā)現(xiàn)而榮獲1974年的諾貝爾物理學(xué)獎，盡管人們對貝爾小姐未能獲獎而頗有微詞。

1997年拍攝的美國電影《超時空接觸》（Contact）中女主角破譯了來自外太空的有規(guī)律的信號，并據(jù)此制成了特殊的機器。但第一次確定乘坐機器與外星智慧聯(lián)系的人選時，卻沒有選她。這段情節(jié)被認為是影射了貝爾小姐沒有獲得諾貝爾獎的事情。

15歲女生發(fā)現(xiàn)新脈沖星

一名西維吉尼亞的高中學(xué)生，使用來自綠灣射電天文望遠鏡（Robert C. Byrd Green Bank Telescope，簡寫GBT)的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)了一個新脈沖星。 Shay Bloxton，15歲，參與了一個讓學(xué)生分析射電望遠鏡數(shù)據(jù)的項目，于2009年10月15日發(fā)現(xiàn)了一個可能是脈沖星的天體。她和NRAO天文臺的天文學(xué)家在一個月后再次觀察了該天體，證實它確實是一顆脈沖星。Bloxton表示十分興奮，她在11月份前往綠灣，參加跟蹤觀察。她所參與的項目叫Pulsar Search Collaboratory(PSC)，是美國國家射電天文臺和西維吉尼亞大學(xué)的聯(lián)合項目?？茖W(xué)家首次發(fā)現(xiàn)脈沖星是在1967年。去年末，另一名來自South Harrison高中的西維吉尼亞學(xué)生，也在參與PSC項目時發(fā)現(xiàn)了一個類似脈沖星的天體。

特征

錐形掃射1968年有人提出脈沖星是快速旋轉(zhuǎn)的中子星。中子星具有強磁場，運動的帶電粒子發(fā)出同步輻射，形成與中子星一起轉(zhuǎn)動的射電波束。由于中子星的自轉(zhuǎn)軸和磁軸一般并不重合，每當(dāng)射電波束掃過地球時，就接收到一個脈沖。

恒星在演化末期，缺乏繼續(xù)燃燒所需要的核反應(yīng)原料，內(nèi)部輻射壓降低，由于其自身的引力作用逐漸坍縮。質(zhì)量不夠大(約數(shù)倍太陽質(zhì)量)的恒星坍縮后依靠電子簡并壓力與引力相抗衡，成為白矮星，而在質(zhì)量比這還大的恒星里面，電子被壓入原子核，形成中子，這時候恒星依靠中子的簡并壓與引力保持平衡，這就是中子星。典型中子星的半徑只有幾公里到十幾公里，質(zhì)量卻在1-2倍太陽質(zhì)量之間，因此其密度可以達到每立方厘米上億噸。由于恒星在坍縮的時候角動量守恒，坍縮成半徑很小的中子星后自轉(zhuǎn)速度往往非?？臁Ｓ忠驗楹阈谴艌龅拇泡S與自轉(zhuǎn)軸通常不平行，有的夾角甚至達到90度，而電磁波只能從磁極的位置發(fā)射出來，形成圓錐形的輻射區(qū)。

此外在持脈沖星便是中子星的證據(jù)中，其中一個便是我們在蟹狀星云（M1；原天關(guān)客星，SN 1054）確實也發(fā)現(xiàn)了一個周期約0.033s的波霎。

脈沖星靠消耗自轉(zhuǎn)能而彌補輻射出去的能量，因而自轉(zhuǎn)會逐漸放慢。但是這種變慢非常緩慢，以致于信號周期的精確度能夠超過原子鐘。而從脈沖星的周期就可以推測出其年齡的大小，周期越短的脈沖星越年輕。

脈沖星的特征除高速自轉(zhuǎn)外，還具有極強的磁場，電子從磁極射出，輻射具有很強的方向性。由于脈沖星的自轉(zhuǎn)軸和它的磁軸不重合，在自轉(zhuǎn)中，當(dāng)輻射向著觀測者時，觀測者就接收到了脈沖。到1999年，已發(fā)現(xiàn)1000顆脈沖星。

毫秒脈沖星（Millisecond pulsar）

20世紀80年代，由發(fā)現(xiàn)了一類所謂的毫秒脈沖星，它們的周期太短了，只有毫秒量級，之前的儀器雖然能探測到，但是很難將脈沖分辨出來。研究發(fā)現(xiàn)毫秒脈沖星并不年輕，這就對傳統(tǒng)的“周期越短越年輕”的理論提出了挑戰(zhàn)。進一步的研究發(fā)現(xiàn)毫秒脈沖星與密近雙星有關(guān)。

著名的脈沖星

人類發(fā)現(xiàn)的第一顆脈沖星：PSR1919 21，也就是上文貝爾小姐發(fā)現(xiàn)的那顆脈沖星，位于狐貍座方向，周期為1.33730119227秒。

人類發(fā)現(xiàn)的第一顆脈沖雙星：PSR B1913 16

人類發(fā)現(xiàn)的第一顆毫秒脈沖星：PSR B1937 21

人類發(fā)現(xiàn)的第一顆帶有行星系統(tǒng)的脈沖星：PSR B1257 12

人類發(fā)現(xiàn)的第一顆雙脈沖星系統(tǒng)：PSRJ0737－3039

命名規(guī)則

脈沖星的命名由脈沖星英文pulsar的縮寫PSR加上其赤經(jīng)赤緯坐標組成。如PSR B1937 21，1937是指該脈沖星位于赤經(jīng)19 37 ， 21是指其位于赤緯 21°，B意味著赤經(jīng)赤緯值是歸算到歷元1950年的值。此外，J則表示赤經(jīng)赤緯值是歸算到歷元2000年的值。

有關(guān)故事

脈沖星被認為是“死亡之星”，是恒星在超新星階段爆發(fā)后的產(chǎn)物。超新星爆發(fā)之后，就只剩下了一個“核”，僅有幾十公里大小，它的旋轉(zhuǎn)速度很快，有的甚至可以達到每秒714圈。在旋轉(zhuǎn)過程中，它的磁場會使它形成強烈的電波向外界輻射，脈沖星就像是宇宙中的燈塔，源源不斷地向外界發(fā)射電磁波，這種電磁波是間歇性的，而且有著很強的規(guī)律性。正是由于其強烈的規(guī)律性，脈沖星被認為是宇宙中最精確的時鐘。

脈沖星的存在是過去人們沒有預(yù)料到的，它的性質(zhì)如此奇特，以至于人們在對它的認識過程中產(chǎn)生了很多故事。

發(fā)現(xiàn)脈沖星

脈沖星剛發(fā)現(xiàn)的時候，人們以為那是外星人向我們發(fā)射的電磁波，他們在尋求宇宙中的知音。

1967年，英國劍橋新建造了射電望遠鏡，這是一種新型的望遠鏡，它的作用是觀測射電輻射受行星際物質(zhì)的影響。整個裝置不能移動，只能依靠各天區(qū)的周日運動進入望遠鏡的視場而進行逐條掃描。1967年7月，這臺儀器正式投入使用，接受波長為3.7米。用望遠鏡觀測并擔(dān)任繁重記錄處理的是休伊什的女博士研究生喬斯琳·貝爾。在觀測的過程中，細心的貝爾小姐發(fā)現(xiàn)了一系列的奇怪的脈沖，這些脈沖的時間間距精確的相等。貝爾小姐立刻把這個消息報告給她的導(dǎo)師休伊什，休伊什認為這是受到了地球上某種電波的影響。但是，第二天，也是同一時間，也是同一個天區(qū)，那個神秘的脈沖信號再次出現(xiàn)。這一次可以證明，這個奇怪的信號不是來自于地球，它確實是來自于天外。

這是不是外星人向我們發(fā)出的文明信號呢，新聞媒體對這個問題投入了極大的熱情，不久，貝爾又發(fā)現(xiàn)了天空中的另外幾個這樣的天區(qū)，最后終于證明，這是一種新型的還不被人們認識的天體——脈沖星。1974年，這項新發(fā)現(xiàn)獲得了諾貝爾物理獎，獎項頒給了休伊什，以獎勵他所領(lǐng)導(dǎo)的研究小組發(fā)現(xiàn)了脈沖星。令人遺憾的是，脈沖星的直接發(fā)現(xiàn)者，喬斯琳．貝爾小姐不在獲獎人員之列。事實上，在脈沖星的發(fā)現(xiàn)中，起關(guān)鍵作用的應(yīng)該是貝爾小姐的嚴謹?shù)目茖W(xué)態(tài)度和極度細心的觀測。

中學(xué)生發(fā)現(xiàn)脈沖星

從事天文研究的都是專業(yè)天文學(xué)家，他們有豐富的研究經(jīng)驗，也有專業(yè)的研究設(shè)備，所以他們可以取得驕人的成績。但是，在脈沖星的發(fā)現(xiàn)歷史上，卻有著一個特別的例子，這個例子就是三名中學(xué)生發(fā)現(xiàn)了一顆脈沖星。通常情況下，超新星爆發(fā)后，會在原來的遺址上留下來一顆恒星的殘骸，這樣的殘骸很可能就是脈沖星，但是，科學(xué)家沒有注意到這個問題，卻讓三名中學(xué)生發(fā)現(xiàn)了。于是，這三個中學(xué)生獲得了西門子-西屋科學(xué)和技術(shù)競賽大獎。

在美國北卡羅來納州，有三名中學(xué)生，他們都是天文發(fā)燒友，經(jīng)常在一起探討天文問題，錢德拉塞卡空間望遠鏡發(fā)回的資料引起了他們的興趣，他們發(fā)現(xiàn)在IC443的超新星遺跡有些特別，似乎有一個點狀的X射線源存在，這表明那里很可能會有一顆脈沖星。他們把這個消息報告給了專業(yè)天文學(xué)家。結(jié)果，這個發(fā)現(xiàn)獲得了專家的認可，麻省理工學(xué)院脈沖星專家布賴恩博士對這些中學(xué)生的成果評價說：“這是一個實實在在的科學(xué)發(fā)現(xiàn)。有關(guān)人員都應(yīng)該對此成就感到驕傲?！?/p>

脈沖星實在是一種奇異的天體，人們對它的各種特性還沒有完全了解，很多發(fā)現(xiàn)都是事先沒有預(yù)料到的。隨著人們對它的了解越來越多，這方面的理論建設(shè)也就會越來越完善，故事也許不會再發(fā)生。

那是1967年8月，劍橋射電天文臺的女研究生貝爾在紛亂的記錄紙帶上察覺到一個奇怪的“干擾”信號，經(jīng)多次反復(fù)鉆研，她成功地認證：地球每隔1.33秒接收到一個極其規(guī)則的脈沖。得知這一驚人消息，她的導(dǎo)師休伊什曾懷疑這可能是外星人——“小綠人”——發(fā)出的摩爾斯電碼,他們可能在向地球問候。但是，進一步的測量表明，這個天體發(fā)出脈沖的頻率精確得令人難以置信，并沒有電碼的明顯豐富信息。接下來，貝爾又找出了另外3個類似的源，所以排除了外星人信號，因為不可能有三個“小綠人”在不同方向、同時向地球發(fā)射穩(wěn)定頻率信號。再經(jīng)過認真仔細研究，1968年2月，貝爾和休伊什聯(lián)名在英國《自然》雜志上報告了新型天體——脈沖星的發(fā)現(xiàn)，并認為脈沖星就是物理學(xué)家預(yù)言的超級致密的、接近黑洞的奇異天體,其半徑大約10公里，其密度相當(dāng)于將整個太陽壓縮到北京市區(qū)的范圍，因此具有超強的引力場。乒乓球大小的脈沖星物質(zhì)相當(dāng)于地球上一座山的重量。這是20世紀激動人心的重大發(fā)現(xiàn)，為人類探索自然開辟了新的領(lǐng)域，而且對現(xiàn)代物理學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生了深遠影響，成為上世紀60年代天文學(xué)的四大發(fā)現(xiàn)之一。

然而，榮譽出現(xiàn)了歸屬爭議。1974年諾貝爾物理學(xué)獎桂冠只戴在導(dǎo)師休伊什的頭上，完全忽略了學(xué)生貝爾的貢獻，輿論一片嘩然。英國著名天文學(xué)家霍伊爾爵士在倫敦《泰晤士報》發(fā)表談話，他認為，貝爾應(yīng)同休伊什共享諾貝爾獎，并對諾貝爾獎委員會授獎前的調(diào)查工作欠周密提出了批評，甚至認為此事件是諾貝爾獎歷史上一樁丑聞、性別歧視案。霍伊爾還認為，貝爾的發(fā)現(xiàn)是非常重要的，但她的導(dǎo)師竟把這一發(fā)現(xiàn)扣壓半年，從客觀上講就是一種盜竊。更有學(xué)者指出，“貝爾小姐作出的卓越發(fā)現(xiàn)，讓她的導(dǎo)師休伊什贏得了諾貝爾物理獎”。著名天文學(xué)家曼徹斯特和泰勒所著《脈沖星》一書的扉頁上寫道：“獻給喬瑟琳·貝爾，沒有她的聰明和執(zhí)著，我們不能獲得脈沖星的喜悅。”。霍金在《時間簡史》一書中，也只說脈沖星是貝爾發(fā)現(xiàn)的，不提休伊什。

關(guān)于脈沖星真正發(fā)現(xiàn)者的爭論和對諾貝爾獎委員會的質(zhì)疑，已經(jīng)歷了40年。40年后的今天，它再次成為關(guān)注話題?；厥淄?，作為導(dǎo)師的休伊什獲得了諾貝爾獎，無可厚非，但貝爾失去殊榮，卻令人感到惋惜。如果沒有貝爾對“干擾”信號一絲不茍的追究，他們可能錯過脈沖星的發(fā)現(xiàn)。若把諾貝爾獎“競賽”比作科學(xué)“奧運會”，那么，40年前的“裁判”們顯然吹了“黑哨”，至少是誤判,這玷污了諾貝爾獎的科學(xué)公正權(quán)威性。

貝爾訪問北京期間，筆者與她談起脈沖星的發(fā)現(xiàn)經(jīng)歷和對諾貝爾獎的看法，她說，脈沖星發(fā)現(xiàn)后不久，她就被迫離開了劍橋大學(xué)。沉默稍許，她直言,上世紀60年代，科學(xué)機構(gòu)普遍存在忽視學(xué)生貢獻的傾向，特別是女學(xué)生。導(dǎo)師經(jīng)常以“上級領(lǐng)導(dǎo)”自居，將學(xué)生成果竊為己有,然后想辦法把學(xué)生一腳踢開。然而，1993年，兩位美國天文學(xué)家因發(fā)現(xiàn)脈沖星雙星而榮獲諾貝爾獎時，諾貝爾獎委員會格外精心,邀請貝爾參加了頒獎儀式，算是一種補償吧。1968年，離開劍橋后，她和休伊什沒有再合作，直到上世紀80年代，他們才在一次國際會議上相見，并握手言和。脈沖星發(fā)現(xiàn)以來，除了諾貝爾獎，她榮獲了十幾項世界級科學(xué)獎，并成為科學(xué)大使。

最愚蠢的一腳

就在貝爾小姐發(fā)現(xiàn)射電脈沖之前，有位物理學(xué)家也把他的射電望遠鏡對準了太空，他觀測的位置是獵戶座的一個脈沖星，他發(fā)現(xiàn)自動記錄儀在發(fā)生著顫抖，這種顫抖是有一定規(guī)律可循的，但是他并沒有留意這種情況，他以為自己的設(shè)備出了什么毛病，于是，他對著儀器輕輕地踢了一腳，儀器的顫抖消失了，他就是這樣與發(fā)現(xiàn)脈沖星的桂冠擦肩而過，與他一起擦肩而過的，還有一筆諾貝爾獎金。

這最愚蠢的一腳，使他終身難忘，后悔不已。他向貝爾小姐講述了自己的故事。但他卻不愿意透露自己的身份。所以直到今天，也沒有人知道這位射電天文學(xué)家是誰。

搖擺舞

雖然脈沖星不是外星人發(fā)射的信號，但是人們依然對外星人極感興趣，人們認為，如果有外星人的話，他們應(yīng)該在一顆行星上，于是，尋找太陽系以外的行星的工作就從來沒有停止過，許多人在這條道路上艱難的向前摸索著，他們被稱為獵星人。第一個發(fā)現(xiàn)太陽系以外行星的不是這些獵星人，而是一位研究脈沖星的科學(xué)家。

安德魯·林恩（也有人譯作 萊恩）是全球發(fā)現(xiàn)脈沖星最多的人。林恩發(fā)現(xiàn)了一類奇怪的脈沖星，其脈沖總是會早到或晚到地球幾毫秒，這種情況每半年就出現(xiàn)一次，仿佛是脈沖星一會兒朝著我們而來，一會兒又離開我們而去，脈沖星好像是在跳搖擺舞。他把自己的這一發(fā)現(xiàn)發(fā)表在了著名的科學(xué)雜志《自然》上面，結(jié)果立即震驚了學(xué)術(shù)界。真是令人難以置信，林恩在偶然間發(fā)現(xiàn)了脈沖星被行星引力牽引在跳搖擺舞，這種搖擺的證據(jù)表明，在這顆脈沖星的周圍，有行星圍繞著它運行。這個發(fā)現(xiàn)讓那些獵星人極感興趣。

就在安德魯·林恩即將在美國天文學(xué)年會上發(fā)言前夕，為了充分準備他的研究資料，他開始重新檢查并修正有關(guān)數(shù)據(jù)，但是這個時候，他卻突然發(fā)現(xiàn)自己犯了一個錯誤：他所發(fā)現(xiàn)的“搖擺”，其實只是地球自身在環(huán)繞太陽運行過程中所產(chǎn)生的“搖擺”。由于電腦出錯，先前未能考慮到這一因素，所以才出現(xiàn)了脈沖星“搖擺”的錯誤結(jié)論。林恩一下子呆了，他開始為自己的愚蠢后悔不已，最后，他終于作出了痛苦的選擇，必須公開承認這一重大失誤。

在美國天文學(xué)年會上，面對500位正期待著與他分享成功喜悅的同行們，林恩認錯了，他說：“很不幸，這是一個錯誤?！钡?，讓他沒有料到的是，500位聽眾竟然全體起立，為林恩的誠實熱烈鼓掌。也就是在這一天，也就是在這次會議上，還有另一個人，也準備了相似的發(fā)言，他也是一位脈沖星觀測者，他的名字叫做亞歷克斯·沃爾茲坎。

但與林恩不同的是，他的證據(jù)確確實實地表明，有一顆脈沖星不僅只被一顆行星所環(huán)繞，而是具有一整套行星系統(tǒng)！發(fā)言之前，沃爾茲坎有些忐忑不安，因為林恩的認錯無疑更加強化了一種根深蒂固的觀念；“脈沖星不可能有行星環(huán)繞”。不過這一次，事實證明沃爾茲坎是對的，他不僅發(fā)現(xiàn)了脈沖星的“搖擺”，而且計算出有3顆行星在圍繞這顆脈沖星運行，并且這些行星每200天就相會一次，每一次其中兩顆較大的行星都會相互影響對方，這樣就使它們的軌道發(fā)生一些微妙的改變。正是這些改變，使他發(fā)現(xiàn)了這顆脈沖星擁有行星的秘密。

脈沖星的行星就是這樣被發(fā)現(xiàn)了，而且它還是一個完整的行星系統(tǒng)，但是這個時候，那些獵星人連一個太陽系以外的行星也沒有找到，這樣的發(fā)現(xiàn)讓獵星人感到十分困惑，因為脈沖星具有行星，這是天文學(xué)家過去沒有想到的。脈沖星是爆發(fā)過的中子星，他怎么可能會有行星呢？

第一個日外行星系統(tǒng)就是這樣被發(fā)現(xiàn)了，由于它不符合現(xiàn)代的天文學(xué)理論，這個發(fā)現(xiàn)總是讓人感到有些意外。

脈沖雙星

脈沖星擁有行星的發(fā)現(xiàn)雖然看起來顯得意外，在這方面還有更加意外的發(fā)現(xiàn)，那就是脈沖雙星。

赫爾斯是個研究生，他被當(dāng)作泰勒的助手派往波多黎各的阿雷西博，用大射電望遠鏡觀測脈沖星，那是當(dāng)時最好的射電望遠鏡，也許正是使用了這個望遠鏡的原因，他發(fā)現(xiàn)了一種奇怪的電波，這個時候距離第一顆脈沖星的發(fā)現(xiàn)僅僅過了七年，人們對脈沖星的了解還很膚淺，當(dāng)時赫爾斯還不能立刻確信他所看到的周期變化就是事實，經(jīng)過反復(fù)觀測后，他才確定該系統(tǒng)是雙體。他把這個消息電告泰勒，泰勒立刻趕往阿雷西博，他們進一步研究后認為這是一個脈沖雙星，并且一起確定了雙星的周期和兩顆天體之間的距離。

于是，第一顆脈沖雙星就是這樣被發(fā)現(xiàn)了，這個發(fā)現(xiàn)在1993年被授予諾貝爾獎，這樣有關(guān)脈沖星的發(fā)現(xiàn)就有了兩項諾貝爾獎。

雙脈沖星

2003年12月，Nature上的一篇研究報告宣布發(fā)現(xiàn)了脈沖星PSR J0737-3039，與看起來像是一顆中子星的恒星成對出現(xiàn)。一個月后，當(dāng)來自澳大利亞Parkes天文望遠鏡的數(shù)據(jù)被重新分析時，研究人員發(fā)現(xiàn)該中子星實際上也是另一顆脈沖星。所以這是第一個被發(fā)現(xiàn)的雙脈沖星體系，名稱是PSR J0737-3039 A/B。

脈沖雙星與雙脈沖星

脈沖雙星與雙脈沖星是有區(qū)別的。在脈沖雙星系統(tǒng)中，一個脈沖星與另外一個非脈沖星（可以是中子星、白矮星、甚至是普通的主序星）相伴。在雙脈沖星系統(tǒng)中，必須是兩個脈沖星相伴。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的脈沖雙星系統(tǒng)已經(jīng)有120個，而發(fā)現(xiàn)的雙脈沖星系統(tǒng)只有一個PSRJ0737-3039A/B。

研究意義

由于脈沖星是在?？s的超新星的殘骸中發(fā)現(xiàn)的，它們有助于我們了解星體?？s時發(fā)生了什么情況。還可通過對它們的研究揭示宇宙誕生和演變的奧秘。而且，隨著時間的推移，脈沖星的行為方式也會發(fā)生多種多樣的變化。

每顆脈沖星的周期并非恒定如一。我們能探測到的是中子星的旋轉(zhuǎn)能（電磁輻射的來源）。每當(dāng)脈沖星發(fā)射電磁輻射后，它就會失去一部分旋轉(zhuǎn)能，且轉(zhuǎn)速下降。通過月復(fù)一月，年復(fù)一年地測量它們的旋轉(zhuǎn)周期，我們可以精確地推斷出它們的轉(zhuǎn)速降低了多少、在演變過程中能量損失了多少，甚至還能夠推斷出在因轉(zhuǎn)速太低而無法發(fā)光之前，它們還能生存多長時間。

事實還證明，每顆脈沖星都有與眾不同之處。有些亮度極高；有些會發(fā)生星震，頃刻間使轉(zhuǎn)速陡增；有些在雙星軌道上有伴星；還有數(shù)十顆脈沖星轉(zhuǎn)速奇快（高達每秒鐘一千次）。每次新發(fā)現(xiàn)都會帶來一些新的、珍奇的資料，科學(xué)家可以利用這些資料幫助我們了解宇宙。

發(fā)現(xiàn)者

喬斯林·貝爾·博內(nèi)爾與1974年諾貝爾物理學(xué)獎無緣

博內(nèi)爾是安東尼·休伊什（Antony Hewish）的研究生，正是她首次發(fā)現(xiàn)了脈沖星。1968年，她和休伊什聯(lián)名在《自然》雜志上公布了這一發(fā)現(xiàn)。1973年，她們又共同得到了美國富蘭克林管理研究院頒發(fā)的邁克爾遜獎?wù)?。遺憾的是，就在1974年，當(dāng)諾貝爾獎第一次授予天文學(xué)家時，博內(nèi)爾的導(dǎo)師休伊什以及同事馬丁·賴爾都榜上有名，但她自己卻被拒在諾貝爾的殿堂之外。許多天文學(xué)家對此表示了憤怒，但也有人認為博內(nèi)爾僅僅是做了收集數(shù)據(jù)的工作，而休伊什對數(shù)據(jù)的解釋才是關(guān)鍵。博內(nèi)爾從來沒有去爭論自己的落選，但絕大多數(shù)的報告都顯示，她所做的絕非僅僅是進行早期的觀察。

近乎瘋狂星球

據(jù)國外媒體報道，美國宇航局消息，錢德拉X射線望遠鏡正在跟蹤一個快速移動的脈沖星，科學(xué)家之所以對其感興趣，主要原因在于這顆脈沖星運行的速度非?？?，甚至在與伴星構(gòu)成的物質(zhì)盤上撞出了一個大洞，同時導(dǎo)致物質(zhì)盤上的某塊碎片以每小時400萬英里（約每小時640萬公里）的速度脫離系統(tǒng)。在錢德拉X射線望遠鏡觀測期間，這塊被分離的物質(zhì)似乎加快了速度，NASA科學(xué)家認為這是一次難得的觀測機會，可研究脈沖星雙星系統(tǒng)的行為。

這個雙星系統(tǒng)由一顆脈沖星和一顆質(zhì)量為30倍太陽質(zhì)量的恒星構(gòu)成，是典型的大質(zhì)量恒星與脈沖星的系統(tǒng)，被命名為PSR B1259-63/LS 2883，簡稱B1259。脈沖星可發(fā)出非常規(guī)律的脈沖信號，每秒旋轉(zhuǎn)20次，同時有一個高橢圓軌道運動，快速旋轉(zhuǎn)脈沖星的強大磁場與高能粒子結(jié)合后可形成接近光速的脈沖星風(fēng)。來自賓夕法尼亞州立大學(xué)的科學(xué)家喬治-帕夫洛夫認為，我們目睹了一些特別的東西，當(dāng)脈沖星快速移動時，將系統(tǒng)物質(zhì)盤的材料踢出。

大約每41個月，脈沖星會非常接近這顆大質(zhì)量恒星，并穿過恒星周圍的物質(zhì)盤，于是拆解這個物質(zhì)盤的行動由此開始。整個物質(zhì)盤的體積相當(dāng)于太陽系的100倍，跨度非常大，但也相當(dāng)薄，如果將這些物質(zhì)做個等量類比，大約與地球海洋所有的水相當(dāng)。喬治-華盛頓大學(xué)的另一位科學(xué)家奧列格是本論文的合著者，他認為脈沖星風(fēng)正在加快，仿佛有個加速的推力作用于此。

B1259系統(tǒng)距離我們大約7500光年，錢德拉X射線望遠鏡在2011年12月和2014年2月已經(jīng)對其進行了觀測，物質(zhì)飛離系統(tǒng)的平均速度接近光速7%，目前已經(jīng)增加到光速的15%。顯然脈沖星的強大風(fēng)暴讓物質(zhì)的速度增加，最終伴星周圍的物質(zhì)盤會被整個剝離。在錢德拉X射線的觀測計劃中還將繼續(xù)對B1259系統(tǒng)進行觀測，本項研究發(fā)表在2015年6月20日的《天體物理學(xué)》雜志上。

相關(guān)信息

11月10日7時42分，我國在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心用長征十一號運載火箭，成功發(fā)射了脈沖星試驗衛(wèi)星。該星主要用于驗證脈沖星探測器性能指標和空間環(huán)境適應(yīng)性，積累在軌試驗數(shù)據(jù)，為脈沖星探測體制驗證奠定技術(shù)基礎(chǔ)。脈沖星被稱作宇宙中的燈塔，它們特征明顯、易于辨識，在宇宙中的定位位置比較精準。

脈沖星試驗衛(wèi)星屬于太陽同步軌道衛(wèi)星，衛(wèi)星入軌后，將開展在軌技術(shù)試驗，驗證星載脈沖星探測器性能指標和空間環(huán)境適應(yīng)性，積累在軌實測脈沖星數(shù)據(jù)，為脈沖星探測及技術(shù)體制驗證奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

脈沖星和快速射電暴距離研究獲進展

天文研究中，測量天體到地球的距離通常很困難，但距離是最基本的參數(shù)。脈沖星距離是進一步研究脈沖星起源、演化、分布以及輻射特性等所需最基本的參數(shù)。目前已發(fā)現(xiàn)的兩千多顆脈沖星中僅約有十分之一的脈沖星具有測量距離（不依賴于模型的距離)。近年來，快速射電暴是天文觀測中發(fā)現(xiàn)的一類起源未知的、色散量較大的、持續(xù)時間為毫秒級的射電脈沖?？焖偕潆姳┑木嚯x對分析其起源以及與銀河系的位置關(guān)系（河內(nèi)源或河外源）非常重要。已探測到的17個快速射電暴中有紅移測量的僅為兩個。

脈沖星發(fā)現(xiàn)不久，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)使用脈沖星測量距離以及色散量（DM）可構(gòu)建銀河系的電子密度模型。應(yīng)用此模型可估測所有具有色散量測量的銀河系內(nèi)脈沖星的距離，且模型距離的精度極大依賴于已知距離測量的脈沖星數(shù)目、準確度。最近的銀河系電子密度模型是NE2001模型，此模型主要描述了銀河系內(nèi)自由電子密度的分布。

近期，中國科學(xué)院新疆天文臺博士生姚菊枚構(gòu)建了新的電子密度模型（簡稱YMW16）。相對已有模型，通過近十多年觀測，YMW16具備以下有利條件：一、具有測量距離的脈沖星數(shù)目增加了一倍，且銀河系結(jié)構(gòu)參數(shù)精度提高；二、麥哲倫云脈沖星數(shù)目增加，對麥哲倫云結(jié)構(gòu)認識得到提高；三、發(fā)現(xiàn)快速射電暴，研究了星系際介質(zhì)自由電子密度的分布。研究人員緊抓時機，提出的YMW16不僅提高了銀河系脈沖星模型距離精度，在95%的置信區(qū)間范圍內(nèi)優(yōu)于NE2001近40%，且是第一個可用于估測麥哲倫云脈沖星及快速射電暴距離的模型。姚菊玫在澳大利亞天文臺教授R. N. Manchester與導(dǎo)師王娜的指導(dǎo)下，完成這項工作。相關(guān)研究成果已發(fā)表在《天體物理學(xué)雜志》（The Astrophysical Journal，2017, 835, 29）上。