从神秘的脉冲星谈起 何香涛-第2节
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目蒲С删头⒈淼幕埃⒈碓谟⒐囊桓鲈又窘小禢ature》上边，1968年发表这个文章，就是说，发现了四颗非常重要的有规律的在这儿发脉动信号的星，那么发表以后，全世界天文学家都引起重视，立即 所有的大型的望远镜，都掉过来，来观测这种星，1968年发现，然后就观测，很快就在这个基础上就发现了比较多，1968年发现，1974年就给了诺贝尔奖金，也就是说，这个星如此之重要，所以呢，很快就给了诺贝尔奖金，它重要在什么地方呢，就证明了这个原子的结构，的的确确是由中子和质子组成的，而且把电子压到原子核里是完全可能的，不光物理学家感兴趣，天文学家也感兴趣，就是说我天上这颗星，确确实实存在着一种非常奇异的星，这个星就是把所有的物质中，这个电子都压到原子核里边去，统统这个东西就变成中子了，所以这个星就是中子星，而这个中子星如此之密集，就像我刚才说的，比原来的一般的物质密集了不知多少倍，它的潜在意义，物理意义和应用前景都是非常非常重要。
那么你怎么断定，你看到的这个发脉冲的信号，就只能是中子星呢，会不会是其他的天体呢，我们来分析一下，我们说，只能是中子星，其他的星不可能，为什么，我们看看天上的星，天上的星，我们说我们看到这个星，它的这个所谓脉冲信号就是它的光在变化，就是这个星的光在变化，一会儿变亮，一会儿变暗，而且变化的周期我刚才说了，非常非常快，就是几秒钟变一次，几秒钟变一次，很快，那么天上的星，星光发生变化，有没有可能性呢，完全有可能性，天上有很多星，那个星光是在变化，具体说来呢，就说我们看到天上的星，星光发生变化了，我们管它叫做变星，变星有几种原因呢，变星我们大体分析起来，有三种原因，可以使得天上星光发生变化，一种原因最简单的，就是天上两颗星一块绕着旋转，有两颗星，比方说我这个拳头是两颗星，这两颗星如果都对着你的话，你看的话比较亮，如果这两颗星一个在前边，一个在后边，就把它遮挡住了，这个星就变了，所以只要一个星绕着一个星转，那么你看上去这个星，它那个星光就不断地变化，这样一个星绕着一个星不断的变化，我们管这种星叫做双星，天上的双星多不多呢，很多，就跟人间一样，大概天上的星星有一半是双星，跟我们人间夫妻一样，有一半是双星，所以天上有一半的星是双星，一个绕着一个转，它们的星光都在发生变化，可是我们就想到，如果是双星的话，一个星绕着一个星转，转的速度不可能太快，我们打一个简单的比方，月亮和地球也可以看作是个双星，月亮绕地球多长时间转一周呢，大家都知道，一个月转一周，如果你让月亮几秒钟绕地球转一周，几乎是不可能的，更何况天上的两颗星，几秒钟转一周，也不可能，因为它的周期太短了，两个星绕转，不可能达到几秒钟转一周的这么快的速度，那么第二种可能性，就是这个星还可以脉动，什么叫星星脉动，就这个星星，一会儿膨胀，一会儿收缩，这个有没有可能呢，也有可能，这样的星看上去它的星光也在发生变化，但是这个星星脉动我们简单地算一算就会发现，这个脉动的周期不可能太快，一般说，最少也得几个小时，甚至几天脉动一次，要是一两秒钟脉动一次，这么大一个星球，从理论上是不可能的，也就是说，星星脉动是可以的，但是脉动的速度这么快，就像大喘气一样，一收一缩，达到一两秒钟的时间，也是做不到的，还有一种情况，就这个星星在自转，在旋转，旋转的话，如果我这个星星一边是亮的，一边是暗的，我转一周，那岂不是亮的就冲着我们，再转一周，亮的又过来，那看上去这个星光也在发生变化，就是这个星星在旋转，这个可能不可能呢，这个非常可能，我们说天上的星星都在转，如果我们把地球看作天上的一个星星，我们地球转不转呢，当然地球在转，地球是多长时间转一周，24小时转一周，月球转不转，月球也在转，月球一边绕着地球公转，一边自己还自转，而且月球的自转周期很有意思，和它的公转周期一个样，所以这个月球老是一个面朝着我们地球，所以我们看这个月亮的话，老是不变，古代看的是嫦娥，现在看的还是嫦娥，老是一面冲着我们，为什么呢，就因为月球的自转周期和公转周期一个样，所以老是一个面冲着我们，太阳转不转呢，也在转，换句话说，天上的星星都在旋转，可是有一个问题，我们要求它转多快呢，要求转一两秒钟就转一次，以后就发现，甚至不到一秒钟就要转一次，要求转这么快，就比较难了。
比如说我们地球，地球现在是24小时转一周，你能不能设想我们的地球几秒钟转一周，如果我们真的要发生地球几秒钟转一周，我们老百姓都受不了的，全从地球上甩出去了，因为这么快的速度，人全都甩到地球外边了，普通的一个星星要是转这么快，这个星星也会瓦解，我们打一个比方，我们随便找一个球，让它旋转，想让它旋转的速度非常快，而且这个球呢还破不了，要求怎么样呢，一定要要求这个球非常的致密，你要转一个皮球，转的速度太快了以后，，皮球就爆炸了，如果你转一个铅球，运动员玩的那个铅球，你可以想一想，转的速度再快，它会不会瓦解，不会破裂，也就是说，你要求一个星球转的速度非常非常快，这个星球就必须非常非常致密，所以算来算去，要想这个星球转的达到几秒钟转一次，甚至不到一秒钟转一圈，这个星就非常非常致密，那么要求怎么致密呢，就是要求这个星，一定是全部由中子来组成的，也就是说，只有一个中子星才能如此快的旋转，瓦解不了，所以由此，1967年发现了脉冲星以后，很快就得到了物理的解释，就认为它是当年朗道预言的中子星，而这个中子星在那儿快速旋转，所以发现这个脉冲星不是别的，就是快速旋转的中子星。
我们来看一下，一个快速的旋转的中子星，我们看上去为什么就变成脉冲星了呢，这儿有一个模型，这个模型告诉我们，中间这个就是一个中子星，然后这个中子星在那儿旋转，我们说了，所有的天体都在旋转，比如说我们的地球也在旋转，那么旋转是按照什么旋转呢，就按照它一个自转轴，我这个里边大家看一下，上下这个轴就是这个星旋转的自转轴，那么同时，除了这个星体本身旋转的自转轴以外，这个星体还有一个磁轴，我们地球也是这样，地球有个自转轴，地球还有个磁轴，我们地球上这个磁轴和地球这个自转轴在不在一起呢，也不在一起，但是对于地球来说呢，差别比较小，所以南北磁极基本上和南北极是合在一起的，所以你那个指南针，还是指的南北极，基本上也就是我们地球的自转轴的南北极，就是磁极和南北极是完全吻合的，但是对于星体来说，磁轴和自转轴不是完全吻合的，要有一个夹角，那么斜的这个，斜的这条线就是星体的磁极，既然是磁极，就在南北极有磁力线，有磁力线，一些带电的粒子就冲着磁力线就出来了，就会产生极光，地球上也会产生极光，那是因为这个星体的自转轴和这个磁轴不一样，我们可以想象，这个星体每转一周，这个光线是从哪儿出来呢，不是从自转轴出来的，而是从星球的磁极轴出来的，所以这个磁极轴上面就有两个放射的，像灯塔一样，而这个自转轴和磁轴不在一起，所以这个星球，每转一圈，如果我们人站在这个模型的下边，你就会看到有一束光向你扫了一下，下边一个图就更形象，这个图就告诉你，这个星球每转一周，它这个两极发的光，下面这个光就会扫一下，如果说有一个天文台，就放在下边这个轨道的某一点，你就会出现一个什么情况，这个星每转一圈，这个光呢，就到你这个天文台扫一下，天文台就接受到一点，所以休依什看到的就是这个中子星转一圈，它这个光扫一下，就像个灯塔一样，因此，我们把这个模型就叫做灯塔模型，也就是说，天上这个中子星就是有两个探照灯，一个是上面一个在下面，下面这个探照灯，正好这个星球转一圈，这个探照灯就扫我们地球一下，这个天文台就看到，这样的话呢，我们看到的脉冲信号就是灯塔扫一次的一个信号，这个星球转多快，这个灯塔扫的频率就有多快，所以这个星球如果说两秒钟转一次，那么这个探照灯就两秒钟扫一下这个天文台，所以这个天文台就看到了这个脉冲星，就看到它了，所以这个模型，灯塔模型非常圆满地解释了的的确确休依什发现这个脉冲星就是天上快速旋转的中子星，那么天上有多少这种中子星呢，非常多，很多，现在发现了有几千颗了，当然你会想到，并不是天上所有的中子星你都看得到，如果探照灯角度不合适，没扫到地球上，你就怎么样，就看不到，所以我们尽量的，就是把望远镜做得大一点，再远的中子星，只要扫到一点儿，我们就看到，哪怕信号比较弱，所以千方百计就找这种天体，因为这种天体太重要了，我说 不仅从物理上，而且从天文上都很重要，就找，那么这就是一个非常明确地脉冲星的一个物理模型，那么人们还会进一步问，这种中子星是怎么来的，天上的星本来都是一般的星星，怎么会有这种中子星呢，这就和恒星的历史有关系了，（和）恒星的演化史有关，我们看看，天上的星这么多，这个星星和人一样，不会是永恒的在那儿待着，像我们太阳一样，老在那儿发光，那是不可能的，发一发光以后，慢慢它那个能量消耗完了，就会向老的方向，或者说严重一点，就向死亡的方向发展，总之有它的一生。
恒星的一生是怎么样呢，我们说一个恒星它初始的时候，是由一团气体来形成的，我们叫星云，一团气体，就收缩收缩，只要收缩到足够热，有了热核反应了，就开始发光了，就变成什么呢，就变成一个恒星了，也就是变成我们的太阳，那么恒星发光发光，发光时间长了以后，它这个燃料就烧完了，它的燃料主要用氢，等这个氢快烧完的时候，这个星星就要发生一次爆发，星星要爆发，星星爆发以后，有三种可能性，如果这个星星质量比较小，爆发以后就产生了叫做白矮星，那么这个质量呢，只要是有一个太阳左右，不超过1。4个太阳的质量，一般说爆发以后就会产生白矮星，这是一种趋向，如果这个星星的质量比较大，第二种趋向呢，就可能变成中子星，为什么变成中子星呢，就是说它爆发以后，气体都跑了，因为它是巨大的爆发，它就有一个反弹，就像有一个反弹，一反弹的话，把内部的物质往回一压缩，把里边的物质，我就说了，使劲压，就压到什么程度，把这个物质的所有的电子都给它压到原子核里去，有这么大力量，就压成什么呢，就压成中子星，这么大的反弹力在地面上不可能到，只有天上才能够形成，也就是说，只有天公的力量才能把一个星星爆炸以后，通过巨大的反弹力把它压缩成一个中子星，这就是第二种趋向，当然如果这个天体质量还大，一般说比三个太阳质量还要大，那就比中子星还严重，就形成什么呢，就形成叫黑洞了，形成黑洞，那就很遗憾了，我们再也看不见了，我们今天看到的就是，中间那个质量的恒星，也就是说，大约从一个太阳质量到三个太阳质量的恒星，它演化到晚期以后，爆发一下，爆发以后呢，就产生了中子星，这样的话，这个理论就解释的很圆满，也就是说，我们不但解释了脉冲星这个现象，是快速旋转的中子星，而且我们还解释了，这个中子星不是凭空产生的，确确实实是恒星在演化过程中形成的一种星，叫做中子星，我讲了这么多，在座的可能会问到，你说了这么半天，有没有证据，你给我找一个真正的证据，看看这个演化过程是怎么回事，这个证据对天文学家来说，太困难了，我们说，人的一生的演化很容易看到，因为人才活多长时间，也就是一百岁左右，所以人从生下来到中年，到死，很容易看到，星星就不然了，星星从生下来到死，要多少年呢，差不多要一百亿年，一个星星从诞生到死亡要一百亿年，要我告诉你这个演化历史，不要说一百亿年，一万年都很难告诉你，更何况一百亿年呢，所以这个演化历史，要给一个真实的例子，那就太困难了，所以大家就绞尽脑汁，说看看能不能找一个真正的恒星演化的这么一个例子，告诉你了，而且让你非常非常信服，左找右
