中国天眼天问：宋朝客星与脉冲星的前世今生

■张成敏

仰望星空，浩瀚宇宙中的星星闪闪发光。银河像瀑布一样下落了九天，让人们不停地回忆和遐想。回首往事，诗人屈原感受到了“天问”并提出了自己的要求。李白把“月光”画成了地上的霜。天文学家和天体物理学家已经经历了几个世纪的接力研究。诗人和泰莎关于天空的神话逐渐浮出水面:浩瀚宇宙中的星星就像地球周围的太阳。他们中的大多数依靠核燃烧来维持明亮的恒星。因此，一系列的"天问"出现了:这些燃烧的恒星不能永远发光发热，它们必须有一个终点，那么恒星如何结束呢？星星的尽头是什么？星星结束的那一刻，是天堂的渴望还是地狱的恐惧？人类永恒的“神圣问题”能被探索吗？既然天眼已经澄清了对“天问”的疑问，脉冲星——中国天眼的科学目标——将如何与上述“天问”之谜纠缠在一起？

为了消除疑虑，让我们乘上时间的快车，穿越1000年前的宋朝，寻找脉冲星与中国之间关系的痕迹，揭示开启新时代的“天机”。公元1054年7月4日(宋元年)，天空突然落下“客星”，遇到了一生一遇的重大“天象”。一颗“客星”突然闯入金牛座天球座附近，这是异常明亮的——这就是天文学家后来定义的蟹状星云超新星。

公元1054年，金牛座突然闯入“客星”。天文学家证实，除了中国天文学家的详细记录，世界上其他国家也有相关记录:来自印度、阿拉伯、日本和朝鲜的天文学家都记录了这颗恒星。更有趣的是，居住在美国亚利桑那州的土著美国人有艺术想象力。他们画两张他们看到的天空现象的图片，并把它们刻在岩壁上。那么欧洲天文学家此时在做什么呢？据说，尽管它们在中世纪宗教控制下有少量的记录，但它们在阿尔卑斯山的修道院里被摧毁了。只有我们宋代的天文学家和历史学家给出了坚实、详细和精确的描述，给世界留下了完整和精美的天文记录。可以说，这个记录本身就像公元1054年的超新星爆炸一样，令人惊叹。由此可以推断，中国文化自信的重要来源之一在于宋代的科技成就，当时欧洲知识分子还处于启蒙和探索阶段。

这颗超新星被遗忘了六七百年后，天文学家偶然用望远镜发现了它。英国医生和天文学家约翰·贝维斯在1731年发现了天空中一个类似云的物体，并将其添加到他的“星图”中。经过27年的独立观察，法国天文学家查尔斯·梅西耶将该星云列入他的“更混乱的星团星云名单”，并将其列为第一。从那以后，罗斯爵士在1850年再次观察了这个星云，并根据它的形状将其命名为“蟹状星云”。罗斯还发现它正以每秒1100公里的速度膨胀。

那么，这个星云的发现有什么价值呢？现在，我们将沿着时间快车回到20世纪30年代。当时，苏联物理学家兰道怀疑存在由中子组成的致密恒星。经过原子弹之父、美国物理学家奥本海默的详细计算，这种恒星只有20公里大小，相当于北京市区，但其质量相当于整个太阳系的总和。当时，这是一个奇妙的科幻想法。这颗恒星依靠什么力量来抵抗强大的引力场？奥本海默认为它是中子之间的“量子”排斥力，这是从刚刚创立的量子力学理论中推导出来的。然后，在物理学家预言中子星的存在后不久，天文学家预言中子星不仅存在，而且可能是超新星爆炸的产物。然而，如何证明这个猜想呢？当然，这要通过望远镜观察来验证，但前提是首先要发现中子星。如何找到它，天文学家再次想起了公元1054年的“客星”。最简单的方法是在蟹状星云中找到剩余的中子星。

一些科学家指出蟹状星云中有一颗中子星。他们的推测和推理如下:当恒星的核燃料耗尽，恒星的中心部分塌缩，导致超新星爆炸，向中心塌缩的质量超过1.4太阳质量，而当恒星的质量达到大约20太阳质量时，*电子的压力无法抵抗强大的重力，并继续塌缩，导致原子核破裂，电子和质子作为中子，形成中子的海洋，最后塌缩停止，因为中子产生的量子压力可以抵抗重力，从而形成一个稳定的中子星。

主要的“天堂机器”总是出人意料。1967年夏天，机会终于给了那些想要它的人，天文学家们因为耐心等待而得到了回报。当时，英国剑桥大学的女博士生乔斯林·贝尔女士和她的导师惠斯教授在天空搜寻无线电闪烁信号。贝尔注意到一系列的无线电周期性流动变化，显示出大约1.33秒的间隔，具有极其稳定的脉冲，并通过一系列的程序得到了证实。这是第一颗脉冲星的探测记录，它是一颗旋转的中子星。运气总是等待那些有准备的人。1968年，美国天文学家使用阿雷西博射电望远镜指向蟹状星云，并实际观测到一颗自转周期为33毫秒的脉冲星，这彻底终结了天文学家的梦想。今天，中国的“天眼”再次观察了宋代天文学家“客星”诞生的天空，并以世界上最高的精度重新观察了其剩余的脉冲星。这一次，是我们向跨越千年的宋朝致敬！

(作者是中国科学院国家天文台的研究员)

中国科学新闻(2018-07-09，第7版)