人的辐射源，而其能量则来自直径也许只有250米的小小范围！发现了第一个脉冲星，并以某种精度测得它在天球上的位置后，人们紧接着就用光学望远镜搜索它，结果是在射电指定范围内找到一颗完全正常的恒星。这颗星显然和来自这个方向的射电辐射无
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关，脉冲星本身并没有找出来。1968年秋，在蟹状星云的方向发现了周期只有3％秒的脉冲星信号，就是说，公元1054年中国…日本超新星的爆后残云还给人们送来了脉冲星辐射！蟹状星云方向的一批星状天体（见图7…6与图8…5）之中是不是有某一个和脉冲星有关？它们之中是否有一个正是脉冲星？■■■一批恒星之中，是否有一个在发出射电脉冲，这是怎样判断的呢？莫非它的光学波段辐射也是脉冲式的？对于这样暗弱的天体，目视观测决不可能区分它的辐射是连续不断地还是脉冲式发射的。用照相方法更是不行，因为那是把一颗星光的作用在底片某处累积起来，而不管它是均匀不变地还是以脉冲的形式射出来。可见要确定某一恒星的可见光是否脉冲式辐射，需要特殊技术。从原理上来看，不妨在望远镜后面装上一台电视摄影机，并且做成能把光学图象从电视摄影机传送到两处电视屏幕上（见图8…6）。根据射电脉冲我们已经知道脉冲周期，那么可以做成前半周期在屏幕A上，后半周期在屏幕B上显示出电视图像。如果某天体的可见光以射电脉冲的周期明暗交替变化，那么可以使脉冲总是传到电视屏幕A上，而把它不发可见光的无脉冲区段传到屏幕B上形成空白点。那些不按交替传像周期发节奏脉冲的光源，就会在A、B屏幕上显得一样亮。这样，只要对比一下这两个电视屏幕上的图像，就可以判断，是不是有某一颗星在发着以射电脉冲周期为节奏的脉冲式光信号。看见了蟹状星云脉冲星正是用了上述方法，人们找到了它。所用仪器的工作原理不变，不过是在有关天区中对每颗星逐一检查，而不是对比一整张天空图像。不是把待查星的光信号分传到几张电视屏幕上，而是按蟹状星云脉冲星的周期送入几台光子计数器中。这种测试装置的要点可见图8…7。对上的星如果是平稳发光，装置中所有各计数器记录的光子数就大致相等。对上的星如果是以蟹状星云脉冲星的周期在发射光脉冲，那么在每一周期中只有那些恰好总在脉冲来到时接收信号的计数器才起作用，而其余的计数器则并无反应。如果按上述方式把脉冲星的光在许多倍脉冲周期的一段时间里传送到各计数器上，那么，遇到脉冲而受光的那些计数器显示的数字愈来愈大，而其余的计数器至多只是接收一点微弱的夜天光，记录的数字只会很小。这种情况称为计数装置中有一脉冲在“累加”。■
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1968年11月，威廉·约翰·科克（Cocke）和迈克尔·迪斯尼（Disney）两位年轻天文工作者决定向亚利桑那州图森地区斯蒂沃德天文台的90厘米反射望远镜申请三个观测夜。由于两人都还缺乏天文观测经验，想利用这几夜熟悉望远镜。当他们还在思考观测对象时，学术刊物“科学”在12月初登出了发现蟹状星云脉冲星的报道，他们就决定把分配到的观测时间用来搜索蟹状星云脉冲星的可见光辐射。正好那时在研究所里就有一台现成的计数装置可用，那是唐纳德·泰勒（Taylor）为了与此毫不相关的用途所制作的。于是他连人带电子仪器作为嫁妆加入了搜索小组的行列。这样，技术方面已经一切就绪；可是搜索计划成功的希望不大。虽然从未有人成功地证实过脉冲星为可见恒星，但科克和迪斯尼的打算是最低限度总可以学一学使用望远镜，至少还可以这样来检验泰勒的电子装置。1月初，这套测试设备在基特峰装就。1月11日，诸事齐备，望远镜首次指向蟹状星云。对每一对象星都测到5000倍脉冲星周期以上，同时把光信号按射电脉冲周期传送到若干计数器上。结果，在搜索区内并没有什么星使计数器中累加起一个脉冲来。泰勒在1月12日回图森去了。于是只有科克与迪斯尼留在山上，另外还有管电子仪器的罗伯特·W·麦卡利斯特（McCallister）帮忙。1月12日，天气开始变坏，仍旧没有结果。接下来的两个观测夜，也就是分配给这一项目的最后两夜，由于恶劣天气而报销了。事情看来仍无成效。偶然的良机往往产生深远的影响。1月15日起轮到使用这架望远镜的观测者威廉·G·提夫特（Tifft）为运气不佳的新手又提供了1月15、16日两夜的机会，使他们能继续试验。下面我援引迪斯尼本人的描述：“15日白天有云，但黄昏时云退天晴，20点正我们开始工作。泰勒还在图森，科克和我轮流操作望远镜，麦卡利斯特管着泰勒的仪器。第一步，我们先试测没有星的天空背景。第二步，我们就把瓦尔特·巴德（WalterBaade）认作蟹状星云中心星的那颗星放入仪器光阑中。才过了30秒钟，计数器上就显示出一个清楚的不断增长的脉冲，并且显然在主脉冲后半个周期还出来一个较小的、相当宽而没有主脉冲那样高的次脉冲。这时候，麦卡利斯特平心静气地继续操作着仪器，科克和我却时而欣喜若狂，时而沮丧万分，不能自己。这是脉冲星呢，还是我们碰到了电子仪器的某种干扰？何况脉冲星频率又恰好是美国交流电源频率的一半。可是，测试一再重复，脉冲丰姿就一再重现，气氛更热烈了。20点30分，也就是观测开始后半小时，我打电话通知泰勒。他起先抱怀疑态度，提出要改装电子仪器以消除可能存在的弊病。直到第二个夜晚亲眼看到脉冲累加，他才信服了。22点10分我们打电话告诉了各自的妻子，她们一听就想马上上山来看，好不容易才劝住了她们。1点22分，雾蒙蒙的夜空结束了这场观测。圆顶里三名观测者毫不怀疑，他们幸运地发现了第一颗光学脉冲星。”■
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很快就有另外一批观测者来证实这项发现。图8…8的两幅图像是按图8…6所示的原理得到的。那么右边这幅图像中所缺的脉冲星也就是图8…5中心附近两星中的偏下一颗，它的位置用图右边缘和下边缘的记号标出。根据图8…5就能在展示蟹状星云全貌的图7…6中把脉冲星辨认出来。什么是脉冲星脉冲星和超新星爆发有某种联系，这在蟹状星云脉冲星发现后已经明确。看来，发生超新星爆发后，恒星的残余部分就发出脉冲星信号。星空另有一处的气体现象反映从前曾爆发过超新星，而恰好在该处发现了又一颗脉冲星。这桩事也加强了那样的设想。显然，这一事件要追溯到很久以前：船帆星座中这一超新星爆发的年代应该比蟹状星云超新星爆发早得多，因为它抛出的气体物质在天上看来已经不是小小一点，而是布满了一广阔空间范围的许多条纤维状气体丝。这颗脉冲星的周期为0。09秒，比蟹状星云脉冲星长。它是已知第三名快速脉冲星。它刚一出现，人们就着手在可见光区寻找它。直到1977年，这项搜索才告成功，2月9日“自然”编辑部收到的这封宣布成功证实船帆脉冲星为某一恒星的投稿信，是由12位作者签名的。只要想一想，在此之前的8年中除了在英国和澳大利亚工作的这12位获得成功的科学家之外，还有大批天文学家曾动用世界上效能最高的望远镜，搜寻以船帆脉冲星的节律发光的恒星，却都宣告失败，就能体会这场搜捕会战是何等艰巨。还有，曾参加蟹状星云脉冲星观测的迈克·迪斯尼，这次也在成功队伍之列。用可见光寻找所有别的脉冲星至今一无所获。这使人们形成如下的印象：恒星发生超新星爆发，产生了脉冲星。一开始时脉冲周期比蟹状星云脉冲星还要短。它既发出射电脉冲，也发出光脉冲。随着年代的逝去，脉冲节律逐渐变慢。过了不到1000年，周期变长到蟹状星云脉冲星那样，再过许多年变成和船帆脉冲星那样长。随着脉冲周期的变长，它的可见光也同时变得愈来愈暗。后来，它的周期达到了1秒以至更长，光学脉冲早已消失，可是射电波段还能测到。因此只有两个周期极短的脉冲星才看得见。两者属最年轻之列，连它们的爆云残烟都还在目。而那些较老的脉冲星早就丧失了它们的可见光辐射。可是，脉冲星究竟是什么？一颗恒星以巨型爆发结束生命时，剩留的是什么？我们已经知道，产生脉冲星辐射的空间范围一定是非常小的。那么，为了解释脉冲星现象，试问在一很小空间内有哪些过程进行得既快速，重复得又那样精确呢？是像造父变星那种类型的恒星胀缩过程吗？果真是脉动变星的话，那么它们的密度一定非常大，因为只有这样，它们的振荡周期才可能很短。让我们回想一下，造父变星的周期是好些天，而我们在寻觅的天体甚至能在百分之几秒内振荡。即使是我们所知密度最大的
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恒星——白矮星，振荡周期也没有那样短。我们不禁要问，是不是还存在着密度更大的恒星，也就是说，密度每立方厘米好几吨的白矮星对比它们如同小巫见大巫的那种星体？在人们对脉冲星有所知晓前好多年，帕萨迪纳的两位天文学家就曾有过这样的设想。30年代，德国出生的瓦尔特·巴德在当时世界最大的望远镜旁工作。他可以称得上是本世纪最优秀的实测天文学家之一。这个帕萨迪纳研究组的另一位成员是同样富于想象，并习于争论的瑞士人弗里茨·慈威基（FritzZwicky）。早在1934年，这两位天文学家就已提出，密度极高，物质几乎完全由中子组成的实际恒星是可以想象的。1939年，物理学家J·罗伯特·奥本海默和乔治·M·沃尔科夫（GeorgeM。Volkoff）在美国物理刊物“物理评论”上发表了一篇关于中子星的学术论文。不过，远在天体物理学家们认真研究中子星之前，这篇文章的作者之一就已名扬全球，因为奥本海默在美国的原子弹研制中起了主导作用。经奥本海默和沃尔科夫的研究后，人们了解到，电子和质子全都结合成中子的物质能够形成由本身引力维持不散的恒星类型的气体球。知道了中子物质的特性，就能对这种中子星进行理论计算。计算出来的中子星“恒星模型”表明这种星的密度极高，相当于把太阳的质量挤缩在一个直径为30公里的球内，每立方厘米包含的中子物质有几十亿吨之巨（见图8…9）。如果能让中子星振荡起来，那么它们的频率应该比脉冲星快得多。所以，要问是什么原因使脉冲星那样规律地掌握时间，形成了脉冲星的周期，那么中子星的振荡也决非答案。■这样，我们又兜回原地来了。寻觅了一番可能振荡得极快的高密态恒星类型的天体，我们发现，白矮星太慢，而设想中的中子星却太快了。托马斯·戈尔德解释脉冲星天文界的同行们称他为汤米（Tommy）。他出生在奥地利，1938年希特勒军队开进去以前避难于英国。他在英国学习，和同时避难于英国的赫尔曼·邦迪（HermannBondi）以及弗雷德·霍伊尔一起工作了一段时期，然后去美国。发现脉冲星的新闻传遍世界的那些天，他正执教于纽约州伊萨卡的康奈尔大学。当时大批的，多数是企图挽救脉动假说的，草草出笼的理论解释文章正充斥各种学术刊物，汤米·戈尔德的思考却转到另一方向。天上各种规律性最强的周期过程中还包含天体的转动。太阳每27天绕本身的轴转动一周，有的恒星自转远比这快得多。可以问，脉冲星那样规律性的周期是否可能和一种自转过程有某些关系？这就是设想一个天体要在一秒内绕本身轴自转一周，对蟹状星云脉冲星来说甚至要自转30周。但是恒星自转的快速程度并非没有限度，转速太急会被离心力撕裂。
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只有那些表面重力非常巨大的恒星才能绕本身轴急速自转。白矮星最快大约每秒能转一周，如果叫它以蟹状星云脉冲星的周期去急转，离心力早就把它撕碎了。只有密度更大的恒星才能转得更急速。再来看中子星，脉冲星周期现象的时间控制因素会不会就是中子星的自转，也就是，一颗中子星能不能在几分之一秒内绕轴自转一周？这完全可能，它的重力足够强大，哪怕要它转得远比这样还快得多也行。天体物理界人士目前都公认汤米·戈尔德把脉冲星解释为自转中子星的假说是最合理的。此外，脉冲星周期的逐渐变长就使人推想，中子星的自转会随着时间的推移而变慢。这看来很合乎道理，因为照此说法脉冲星所放出的射电和可见光辐射能的源泉也许就在于中子星的自转能。那么，光是放出辐射这件事看来就足以使中子星的自转逐渐慢下来，但是这种减慢作用的威力还不止于此。据估算，蟹状星云脉冲星变慢所不断释放出来的自转能，不仅维持着脉冲星的辐射，甚至还担负着整个星云发光的消耗。这一结果还帮助我们去解决另一个难题。普通气体星云，像图7…5的行星状星云或图12…1的猎户星云的光是由原子所发射的，蟹状星云发光的原因则完全不同。蟹状星云中的电子运动得几乎和光线一样快，它们在超新星爆发时获得了极高的速度。这些电子在星云的磁场中被迫沿圆形轨道运动，并以光线的形式把能量发射出来。曾经有个难题是，公元1054年以来，这么多年了，这些电子为什么还是运动得那样快？既然发射能量，它们为什么没有慢下来？照说它们的辐射应该愈来愈弱，蟹状星云的亮度愈来愈暗。显然它们应该是从某处得到了补充的能量。现在我们已经找到了这个能源。如果汤米·戈尔德的理论正确，蟹状星云中的自转中子星可能通过它的磁场把能量输送给附近的气体。中子星在星云中就像一根搅拌棒在使劲搅动，使电子保持其速度，使蟹状星云不失其光辉。这个中子星的自转能还够用几千年。虽然我们已经找到了一种至少能解释脉冲星规律性时间变化的作用过程，但是我们还不明白，其中的射电辐射究竟是怎样产生的。因为接收到的不是普通波形，而是在一个周期的绝大部分时间中空缺，随之又�