■張承民
仰望星空，浩瀚宇宙繁星閃爍、熠熠生輝，銀河系如同瀑布落九天，召喚人們無限的追思與遐想。回溯時光，詩人屈原感發“天問”而求索，李白將“月光”擬成地上霜。天文學與天體物理學家們歷經幾世紀的接力研究，詩人與賢哲關於天空的迷思漸顯端倪：廣袤宇宙的星星就如同我們的地球圍繞的太陽，它們大多是依靠核燃燒維持發光的恆星。於是，一系列的“天問”隨之產生了：這些燃燒的恆星不可能永恆發光發熱、它們必有終點，那麼恆星是如何終結的？恆星終結後的產物又是什麼？恆星終結那一刻，是天堂的渴望，還是地獄的恐懼？人類永恆的“天問”可否探尋其究？既然天眼釋疑“天問”，中國天眼的科學目標——脈衝星將如何與上述“天問”謎團糾纏在一起？
為解惑釋疑，讓我們先搭上時光的快車，穿越到一千年前的宋朝，找尋脈衝星與中國的關係蹤跡，揭示一個開啟新時代的“天機”。公元1054年7月4日（宋至和元年）的星空突降“客星”，遭遇了一次千載難逢的重大“天象”。金牛座的天關星附近突然闖進一個“客星”，異常明亮——這也就是後來天文學家所定義的蟹狀星雲超新星。
公元1054年，金牛座突然闖入“客星”一事，經天文歷史學家證實，除了中國天文學家的詳細記錄，世界各國也有與之相關的記載存世：印度、阿拉伯、日本和朝鮮的天文學家都曾記錄了這次星象。更有趣味的是，居住在美國亞利桑那的印第安土著，頗具藝術想象力，他們將所見天象繪成兩幅圖像，並雕刻在巖壁。那麼這時，歐洲的天文學家在忙什麼？據說他們在中世紀的宗教管制下，雖有少量記錄，但毀於阿爾卑斯山的修道院。唯獨我們大宋朝天文學者和歷史學家們，確鑿翔實、精細描述，這才留給世界一個完整而精美的天文學記錄。可以說，其記錄本身就像公元1054年超新星大爆發一樣，令人歎為觀止。由此可以推論，中國文化自信的重要源泉之一在於宋朝的科技成就，那時歐洲的知識分子還處於啟蒙開化、徘徊摸索階段。
在這顆超新星被遺忘了六七百年之後，天文學家用望遠鏡又偶然發現了它。英國醫生、天文學愛好者約翰·貝維斯於1731年發現天空中有一團類似於雲狀的物體，並把它添加到自己的“星圖”中，後來法國天文學家查爾斯·梅西耶獨立觀察它27年後，將此星雲加入自己的《梅西耶星團星雲表》，並使之名列榜首。此後，1850年羅斯爵士又觀測到該星雲，並依據形狀將其命名為“蟹狀星雲”；羅斯還發現它在不斷擴張，速度高達1100公里/秒。
那麼，這團“星雲”的發現有何價值呢？現在，我們再跟隨時光快車回到上世紀30年代。當時，蘇聯物理學家朗道曾猜想存在由中子構成的緻密星體，後經美國物理學家、原子彈之父奧本海默詳細計算得到，這種星體只有20公里大小，相當於北京市區範圍，可是其質量卻相當於整個太陽系總和。這在當時是一個天方夜譚的科幻構想，這星體靠什麼力量支撐來頂住強大的引力場？奧本海默認為是中子之間的“量子”排斥力，這是源自剛剛創立不久的量子力學理論。接著，就在物理學家預言中子星的存在後不久，天文學家就預言中子星不僅存在，而且可能是超新星爆發的產物。然而，如何證明這一猜想呢？這當然是要用望遠鏡觀測事實來驗證，而前提是首先要發現中子星。如何發現，天文學家再次想起了公元1054年的那顆“客星”，最簡捷的方法便是在蟹狀星雲中尋找殘留的中子星。
有科學家指出在蟹狀星雲中有一顆中子星。他們的猜想推理如下：在恆星的核燃料耗盡後，恆星中心部分坍縮引起超新星爆發時，向中心坍縮的質量超過1.4個太陽質量，而恆星質量達到約20個太陽質量時，自由電子的壓力不能抵抗強大引力而繼續坍縮，導致原子核破裂，電子和質子作用變成中子，形成中子的海洋，最後因為中子所產生的量子壓力可抵抗引力而使坍縮停止，從而形成穩定的中子星。
重大的“天機”總是不期而遇。1967年夏天，機會終於給了有心人，回報了天文學家們耐心的等待。那時，英國劍橋大學女博士研究生喬瑟琳·貝爾女士和其導師休伊斯教授搜索天空的射電閃爍信號。貝爾注意到一系列的無線電的週期流量變化，呈現出大約1.33秒間隔，且有極其穩定的脈衝，後經過一系列程序得到認證。這便是檢測到第一顆脈衝星（即轉動的中子星）的記錄。幸運總是等待有準備的人，1968年，美國天文學家利用阿雷西博射電望遠鏡指向蟹狀星雲，確實觀測到一顆脈衝星，其轉動週期是33毫秒，這為天文學家夢寐以求的企盼畫上圓滿句號。今天，中國“天眼”再次遙望那片宋朝天文學家的“客星”誕生天空，以世界最高的精度重新觀測了其殘留的脈衝星。這一次，是我們跨越千年時空向宋朝致注目禮！
（作者系中國科學院國家天文臺研究員）
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