按键盘上方向键 ← 或 → 可快速上下翻页，按键盘上的 Enter 键可回到本书目录页，按键盘上方向键 ↑ 可回到本页顶部！
————未阅读完？加入书签已便下次继续阅读！
会看到，需要具备何等复杂的技术装置才能产生这种射线。那么宇宙空间的X射线是怎么来的呢？从原理上来看，起作用的是同一种过程：医疗装置中由于高速电子突然受阻而产生这种射线。在自然界，当某种气球被加热到以百万度计的高温，它的电子就以高速运动。当某电子闯进附近某原子核的范围中，其运动在核电场中受阻或发生偏转，就产生和X射线管内同样的辐射。太阳周围的气体包层日冕的温度大约可达200万度。其中的快速电子和原子核发生碰撞，因此电子时而受阻，时而又加速。由此就产生了X射线，而日冕把X射线发向太空，人们利用卫星就能把它拍摄下来。可见，即使像我们的太阳这样一颗平凡的恒星，也能告诉我们，宇宙空间确能产生X射线。不过，太阳的能量只有无足轻重的一部分以X射线的形式发射出来，而X射线星则是天上的点源，其辐射的主要部分处在X射线波长区。虽然人们认识它们的年代还不长，可是，这些年来我们由此学到不少的知识，使它们成为激动人心的天体。乌呼鲁卫星的故事来自宇宙空间的X射线并不能穿透地球的大气，而是被最高层空气吸收掉了。因此，直到人们能把遥控望远镜用气球送上地球大气高层或者用火箭射入外空时，才诞生了X射线天文学。经过了以太阳为主，观测日冕X射线的早期观测阶段，人们随即又开始去探寻来自宇宙其他方向的X射线。这样就揭开了现代天体物理学的新篇章。
90
当代科学，特别是实验科学，个人创建伟业的时代已结束了。学者们结成研究组，奔赴各地参加讨论会，既集思广益，又自我提炼雕琢，还要融合合作者的见解；这样，一篇论文发表出来，其中只见研究结果，读者很难了解到成果是如何取得的。关于X射线星的发现史，在这里要讲的只是从X射线天文学发展历程中挑选出来的若干事件，以及大批物理学家、天文学家和工程师中的某些代表人物，顺便要提及的还有一家公司。世界各地的民航机场，几乎都使用复杂装置产生弱X射线来检查旅客的行李。在北美洲这种设备的主要制造商是AS＆E公司，全名叫美国科学与工程研究公司。这家公司于1958年由马丁·安尼斯（MartinAnnis）创建，最初主要成员是一部分科研人员。该公司早年曾和美国最著名的工业大学之一，MIT即麻省理工学院紧密合作，从事核武器研制。首批X射线卫星的问世正是归功于AS＆E公司。意大利人里卡多·嘉可尼（RiccardoGiacconi）获得一份富尔布赖特（Fulbright）奖学金，于1956年来到美国。他以前从事物理研究，擅长宇宙射线测量。1954年他在米兰获博士学位，到美国后，他先在布卢明顿市印第安纳大学，后来又在普林斯顿从事同类工作。有位同事劝他去AS＆E公司试试，于是他结识了当时已有27人的这家公司的董事长马丁·安尼斯。1959年9月，嘉可尼开始了他在这家美国科学与工程公司的生涯。不久，安尼斯就把他介绍给布鲁诺·罗西（BrunoRossi）。物理学家罗西早在第二次世界大战前就移居美国，他最初在麻省理工学院任职，曾经和在芝加哥创建世界第一座核反应堆的大科学家恩里科·费米（EnricoFermi）进行合作研究，当时他除了在麻省理工学院兼职外，还担任美国科学与工程研究公司一个咨询组的主任。关于初次会见著名的罗西先生的情景，嘉可尼后来这样写道：“布鲁诺·罗西在他家里和我谈话时强调说，他认为，除了某些其他空间项目外，研究各种天体的X射线是特别值得抓的课题。虽然这方面是个空白，但他相信，对一个完全新的领域进行探索应该会取得成果。我马上去作调查，以了解这方面人们已经掌握的情况。结果只有赫伯特·弗里德曼（HerbertFriedmann）研究了太阳的X射线，别的宇宙X射线源一个也没有找到。”嘉可尼一面筹划可能的X射线接收设备，一面和别人商讨测量宇宙X射线的可行技术方法。1960年，美国国家航空航天管理局为第一架X射线望远镜开了绿灯。当时嘉可尼周围已经形成一个小组，在美国科学与工程公司从事空间试验研究。它在1961年发展到70人；1962年，19枚火箭与7颗卫星载着它的试验装置上了天，其中就有一台X射线接收机。试验结果表明发现了并非出自我们跟前的太阳，而是来自银河系深处甚至更遥远所在的宇宙空间X射线。1962年7月，在天蝎星座找到第一个点源，发现了第一个X射线星！嘉可尼写道：“受到这一成果的鼓舞，弗里德曼和海军研究实验室的科研人员于1963年4月成功地证实了我们的发现。1963
91
年9月我向国家航空航天局呈送了一份未来工作计划，汇报了我关于观测X射线需使用一个徐徐自转的新卫星和一架1。2米望远镜的设想。对我来说，在那个年代里一个明确的研究方向业已确立，只消大自然配合，来促成这一切。”1970年12月12日，国家航空航天局把嘉可尼小组研制的一颗卫星从肯尼亚海岸发射上天。这天正是1963年肯尼亚宣布为独立国家的独立节，人们就把这颗卫星取名叫乌呼鲁，这个斯瓦希里语单词的含义就是“自由”。图10…1表示国家航空航天局画家所设想的乌呼鲁卫星在宇宙空间的情景。卫星上的仪器在它的有效期间在天上发现了100多个点源。这项研究成果给里卡多·嘉可尼和他的合作者们在学术界带来了极高的声望，也给东方和西方的天体物理学者出了许多难题；实际上我们还远没有理解乌呼鲁所发现的天体。只是近几年来我们从这些天体了解到不少知识。■对于新发现的天体，天文学家总想弄清楚的首要问题，就是它们究竟位于何处。多数情况下，测定这些天体的距离是很困难的，不过往往只要略知数值就解决问题了。比方说，想要搞清楚那些天体是否位于我们银河系内。前面讲脉冲星时我们已经知道如何寻找这个问题的答案。办法就是去查对，它们在天上的分布是否和我们银河系中的恒星相同。检验结果见图10…2。图中把乌呼鲁卫星所找到的X射线源画在坐标网格内，中央水平直线代表银河系对称平面。一望而知X射线源大多数集中在银河附近。恒星密布之处X射线源也较多。不过，即使偏离银河系平面向空中望出去，也能遇到一些，这首先是遥远的星系成团的所在。■下面谈谈只限于我们银河系内的X射线源。我们已经知道它们大致离开我们多远。平均说来它们的距离和银河系中多数恒星的距离相当，也就是说几千光年那么远。根据我们所接收到的辐射量可以估算出这些天体的原本辐射功率，其结果是，它们在X射线波段的辐射强度大约为太阳全波段辐射强度的1000倍。武仙座X射线星这里要讲的第一个对象是乌呼鲁卫星在武仙星座所发现的一个天体，称为武仙X…1。卫星所测到的这一天体的辐射来得可不均匀。实际上接收到的是一批X射线闪光，它们以1。24秒的间隔一个挨着一个传来，如同图10…3所示。■■可是，相邻两个X射线脉冲的时间间隔并非严格不变。它慢慢变短，
92
接着又变长，这种变化以1。70017天的周期循环反复地进行着，大致像图10…4所示。这种现象似乎反映这个X射线源时而向着我们，时而又背离我们运动，就如同它在围绕另一天体运转那样。我们可以设想有一颗星处在中心，另有一个X射线源沿着圆轨道围绕它运动，轨道周期为一天。假定这个源本身每隔一秒钟发出一道X射线闪光。看了图10…5就会明白，这时观测者应看到脉冲时而稀松，时而紧密的现象，和我们观测武仙座那个X射线源所见情景相同。因此我们断定，那个X射线源是在围绕另一颗星运动，而轨道周期就是1。70017天。■讲到这里，读者也会往下推想：两颗挨得很近的恒星相互围绕运行，那么从地球上看去它们有时可能相互掩食。大陵五或柱二正是这样而成为我们所见的食变星的。如此看来，如果我们观测到的X射线源是在绕某星运动，它也就可能每公转一周，即每隔1。70017天被该星所掩食，X射线信号就会相应地暂缺。■人们果真测到了武仙X…1的这种现象！图10…6表示乌呼鲁卫星1972年1月的观测结果：每隔1。70017天X射线脉冲暂缺大约5小时，反映那时X射线源被另一颗星所遮掩！但现实的复杂性还不止于此！这X射线源并非不断地在发射。它处在“开机”状态的时间为12天，而中断这种1。24秒脉冲开机状态的是掩食造成的5小时空缺，接下来的23天X射线完全消失；再往后，又继续重复这一过程。看见武仙源武仙星座中发出X射线脉冲之处都有什么呢？乌呼鲁卫星只能粗略测定该源的位置。读者看图10…7可知，在该天区中包含许多恒星。那么它们之中会不会有一颗是具有特色的奇异星体呢？第一个把人们的注意力引向这样一颗星的是美国天文学家威廉·利勒（WilliamLiller）。从1936年起这颗星就作为变星载入各种星表。■说到这里，我们又遇上第一次世界大战期间被哈特维希请到斑贝格天文台工作的那个年轻商人——库诺·霍夫迈斯特。1936年，他探查天文底片，在武仙座中发现一颗变星。那时霍夫迈斯特早就获得了博士学位，已经拥有一座部分由私人资金建成的个人所有天文台，正从事系统巡天以寻找变星。他在世时所发现的变星多达数千个。武仙座的这颗变星看来并不突出。霍夫迈斯特没有能确定它的亮度变化是否符合某种简单规律，例如有无周期性。当他后来再度追查此星时，已经相隔了好几个夜晚，看来它的亮度变化好像完全停止了。于是霍夫迈斯特天体从1936年起默默无闻
93
地被列在一批星表中，名目是变星武仙座HZ。由于此星位置靠近新发现的X射线源，现在它又重新引起人们的极大兴趣。因为那个X射线源的轨道周期显然是1。70017天，人们就要问霍夫迈斯特这颗星是否会表现同样的周期。1972年夏，约翰和内塔·巴科尔（NetaBahcall）分析特拉维夫天文台的观测资料，得到的结果是霍夫迈斯特这颗星的亮度果然精确地按这个周期在变化。■由此可见，这颗看得到的星和那个X射线源之间存在某种方式的关联。当X射线脉冲暂缺，也就是X射线源处在这颗星背后时，星就变暗。由我们望去，当X射线源在这颗星跟前飞过时，星就变亮（见图10…8）。现在人们已经懂得了这种亮度变化的原因。当X射线源位于可见星之前方，此星面向我们的一侧被强烈的X射线所加热，因此从我们这个方向看过去星就变亮。当X射线源绕到这颗星背后时，受到加热作用的却是这颗星背向我们的那一侧，我们是看不见的。如果扣掉这种加热效应，那么此星就是一颗质量约为太阳的两倍的正常主序星。为什么这位有丰富经验的观测家霍夫迈斯特后来又把他的这颗星认作不变的呢？在查阅了古老的天文底片档案资料后人们知道，这颗星的亮度变化往往停止若干年之久。那么是不是在那种时候它没有受到X射线源的照射？是不是在那些时期武仙X…1也中止了发射？自从乌呼鲁卫星发现这个射线源以来，武仙HZ星的亮度一直保持以公转周期的节律在变化着。不过，要不了太久，它又会处于长年累月亮度不变的状态。到那时人们会明白这个X射线源的相应性质又将如何。1983年5月，武仙X…1的X射线突然间几乎全部消失；1984年3月以来它又出现了。可是另一方面，霍夫迈斯特变星武仙HZ的亮度却变化如常。这反映那个X射线源始终处于活动状态。X射线星是小天体天鹅星座中的一个源——天鹅X…1，具有与此完全不同的特性。它的X射线强度并无规则脉冲，而且表现为不规则的极为迅速的起伏，此外还有若干月内的变迁。在同一天区有一个变化射电源，它的变化过程和这X射线源的变化非常合拍：X射线源强度变化时射电源也随之改变，射电源平静时X射线源也稳定。这样看来两者很可能是同一天体。近些年来，射电天文学家已经成功研究出可非常精确地测定射电源在天上位置的方法，以致人们对X射线源在天空中的位置掌握到非常精确的地步，实现了把它和一颗可见恒星确切对应起来的目标。这颗星也属于一个双星系统。这样说，并不是人们能看到那里有两颗星——实际上只看到一颗，而是根据其光谱的多普勒效应表现（见附录A推知这颗星和一颗伴星一起每5。6
94
天绕这双星系统的重心运行一周。伴星大概就是那个X射线星！有些X射线源可短暂出现，然后消逝。有一个叫半人马X…4的，它的发射时间相当短；这个源曾发出周期为