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太空灯塔——中子星

1967年,天文学家偶然接收到一种奇怪的电波。这种电波每隔1—2秒发射一次,就像人的脉搏跳动一样。人们曾一度把它当成是宇宙人的呼叫,轰动一时。后来,英国科学家休伊什终于弄清了这种奇怪的电波,原来来自一种前所未知的特殊恒星,即脉冲星。这一新发现使休伊什获得了1974年的诺贝尔奖。到目前为止,已发现的脉冲星已超过300个,它们都在银河系内。蟹状星云的中心就有一颗脉冲星。

脉冲星是本世纪60年代四大天文发现之一(其他三个是:类星体、星际有机分子、宇宙3k微波辐射)。因为它不停地发出无线电脉冲,而且两个脉冲之间的间隔(脉冲周期)十分稳定,准确度可以与原子钟媲美。各种脉冲星的周期不同,长的可达3.7秒,短的只有0.033秒。

脉冲星就是快速自转的中子星。中子星很小,一般直径只有10千米,质量却和太阳差不多,是一种密度比白矮星还高的超密度恒星。

中子星的前身一般是一颗质量比太阳大的恒星。它在爆发坍缩过程中产生的巨大压力,使它的物质结构发生巨大的变化。在这种情况下,不仅原子的外壳被压破了,而且连原子核也被压破了。原子核中的质子和中子便被挤出来,质子和电子挤到一起又结合成中子。最后,所有的中子挤在一起,形成了中子星。显然,中子星的密度,即使是由原子核所组成的白矮星也无法和它相比。在中子星上,每立方厘米物质足足有10亿吨重。

当恒星收缩为中子星后,自转就会加快,能达到每秒几圈到几十圈。同时,收缩使中子星成为一块极强的“磁铁”,这块“磁铁”在它的某一部分向外发射出电波。当它快速自转时,就像灯塔上的探照灯那样,有规律地不断向地球扫射电波。当发射电波的那部分对着地球时,我们就收到电波;当这部分随着星体的转动而偏转时,我们就收不到电波。所以,我们收到的电波是间歇的。这种现象又称为“灯塔效应”。

中子星的质量极大,一个中子化的火柴盒大小的物质,需要96000个火车头才能拉动!所以中子星的质量是不可忽视的。

中子星的能量辐射是太阳的100万倍。按照目前世界上的用电情况.它在一秒钟内辐射的总能量若全部转化为电能,就够我们地球用上几十亿年。

中子星并不是恒星的最终状态,它还要进一步演化。由于它温度很高,能量消耗也很快,因此,它的寿命只有几亿年。当它的能量消耗完以后,中子星将变成不发光的黑矮星。

脉冲星的性质

作为一颗快速自转的中子星,脉冲星具有许多非常独特的性质,这些性质使我们大开眼界。因为,它们都是在地球实验室中永远也无法达到的,从而使我们更加深入地认识到恒星的一些本质。概括起来说,这些性质是:

(1)脉冲星无例外地都是很小的,小得出奇。它的典型直径只有10公里,也就是说,小小中子星的“腰围”只有30多公里,相当于一辆汽车以普通速度行驶1小时的距离。可是,就是这么颗小个子恒星,却有那么多的极端的物理条件,也真是够惊人的!

(2)脉冲周期都非常之短,短到简直难以想象的程度。已观测到的最长的脉冲周期,只有4.3秒,最短的约2毫秒,即千分之二秒。换句话说,脉冲星的自转都特别快,从4.3秒转一圈到1秒钟转500圈!发射脉冲的持续时间大致是其周期的1/10至1/100。最近一些年来,发现了不少毫秒级的脉冲星,是否今后会发现脉冲周期更短的、或更长的脉冲星呢?现在还很难说。

(3)密度大得惊人。密度一般用1立方厘米有多少克来表示,水的密度是每立方厘米重1克,铁是7.9克,汞是13.6克。如果我们从脉冲星上面取下1立方厘米物质,称一下,它可重1亿吨以上、甚至达到10亿吨。假定我们地球的密度也达到这种闻所未闻的惊人程度的话,那它的平均直径就不是12740公里,而是一二百米或更小。

(4)温度高得惊人。据估计,脉冲星的表面温度就可以达到1000万度,中心还要高数百倍,譬如说达到60亿度。我们以太阳来作比较,就可以有个稍具体的概念:太阳表面温度6000摄氏度不到,越往里温度越高,中心温度约1500万度。

(5)压力大得惊人。我们地球中心的压力大约是300多万个大气压,即我们平常所说的1标准大气压的300多万倍。脉冲星的中心压力据认为可以达到10000亿亿亿个大气压,比地心压力强30万亿亿倍,比太阳中心强3亿亿倍。

(6)特别强的辐射。太阳一刻不停地向四周辐射出大得惊人的能量,到达地球的只是其中的22亿分之一。即使如此,我们人类获益匪浅。而脉冲星的辐射能量平均为太阳的百万倍。

(7)特别强的磁场。在地球上,地球磁极的磁场强度最大,但也只有0.7高斯(高斯是磁场强度的单位)。太阳黑子的磁场更是强得不得了,约1000~4000高斯。而大多数脉冲星表面极区的磁场强度就高达10000亿高斯,甚至20万亿高斯。

脉冲星都是我们银河系内的天体,距离一般都是几千光年,最远的达55000光年左右。根据一些学者的估计,银河系内脉冲星的总数至少应该在20万颗以上,到80年代末,已经发现了的还不到估计数的千分之五。今后的观测、研究任务还


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