脈沖星的燈塔效應(yīng)

脈沖周期

脈沖星有個(gè)奇異的特性，即短而穩(wěn)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)短促的無線電信號(hào)，如貝爾發(fā)現(xiàn)的第一顆脈沖星，每兩脈沖間隔時(shí)間是1.337秒，其他脈沖還有短到0.0014秒的，最長的也不過11.765735秒。

那么，這樣有規(guī)則的脈沖究竟是怎樣產(chǎn)生的呢？

燈塔效應(yīng)

天文學(xué)家研究指出：脈沖的形成是由于脈沖的高速自轉(zhuǎn)。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并且在不停地有規(guī)則運(yùn)動(dòng)，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(shí)就是脈沖星的自轉(zhuǎn)周期。

中子星的亮斑

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(gè)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發(fā)光不一樣，太陽表面到處發(fā)亮，中子星則只有兩個(gè)相對(duì)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(gè)亮斑，別處都是暗的。

中子星的窗口

這是什么原因呢？原來，中子星本身存在著極大的磁場，強(qiáng)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(gè)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(gè)窗口出來后在空中傳播，形成兩個(gè)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，并且每轉(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(hào)。

專家的討論

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(diǎn)認(rèn)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(shí)認(rèn)為，脈沖星發(fā)出脈沖光是因?yàn)樗拇艌鲈诟咚俜D(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(gè)感生電場的峰值出現(xiàn)在磁場過零點(diǎn)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(hào)的產(chǎn)生機(jī)理。

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

脈沖星的發(fā)現(xiàn)

1 967年1 0月，英國劍橋大學(xué)卡文迪許實(shí)驗(yàn)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(yuǎn)鏡收到的信號(hào)時(shí)無意中發(fā)現(xiàn)了一些有規(guī)律的脈沖信號(hào)，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”發(fā)來的信號(hào)，但在接下來不到半年的時(shí)間里，又陸陸續(xù)續(xù)發(fā)現(xiàn)了數(shù)個(gè)這樣的脈沖信號(hào)。

后來人們確認(rèn)這是一類新的天體，并把它命名為脈沖星。脈沖星與類星體、宇宙微波背景輻射、星際有機(jī)分子一道，并稱為20世紀(jì)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(jiǎng)。至今，脈沖星已被我們找到了1620顆，并且已得知它們就是高速自轉(zhuǎn)著的中子星。

脈沖雙星是1974年由美國馬薩諸塞大學(xué)的羅素·胡爾斯和約瑟夫·泰勒使用放在波多黎各的阿雷西博射電望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)的。胡爾斯當(dāng)時(shí)是研究生，主持一項(xiàng)用該望遠(yuǎn)鏡搜索脈沖星計(jì)劃的日常工作。他的導(dǎo)師泰勒則是這一計(jì)劃的總負(fù)責(zé)人。1974年，他們在那個(gè)夏天的發(fā)現(xiàn)和研究成果異常重要，并于1993年雙雙因脈沖雙星研究而獲諾貝爾獎(jiǎng)。

在線小知識(shí)

2011年11月3日，美國航天局稱，多國合作的費(fèi)米伽馬射線太空望遠(yuǎn)鏡在巡天觀測中，發(fā)現(xiàn)一顆年齡為2500萬年的脈沖星，這也是人類迄今發(fā)現(xiàn)的最年輕的脈沖星。