可观测Universe第7章 PSR B191921

PSR B1919+21（中子星） · 描述：第一个发现的脉冲星 · 身份：一颗旋转中子星位于狐狸座距离地球约2000光年 · 关键事实：由安东尼·休伊什和乔瑟琳·贝尔在1967年发现脉冲周期约1.337秒标志着脉冲星的确认。

PSR B1919+21：宇宙第一座“灯塔”的诞生——脉冲星发现的传奇与宇宙密码 引言：当宇宙的“滴答声”第一次被听见 1967年11月的剑桥深夜的射电望远镜控制室里乔瑟琳·贝尔（Jocelyn Bell）盯着示波器上跳动的绿线眉头皱成了川字。

她刚刚打印出一卷打孔纸带上面的信号像一把规则的梳子——每隔1.337秒就有一个尖锐的脉冲刺破背景噪音。

“这到底是什么？”她问导师安东尼·休伊什（Antony Hewish）。

休伊什凑过来盯着纸带沉默了许久。

作为剑桥大学卡文迪许实验室的射电天文学家他正在主持一项“寻找类星体射电对应体”的项目而贝尔负责的是用一台新建的射电望远镜扫描天空捕捉微弱的周期性信号。

“不是卫星不是电离层反射也不是仪器故障……”休伊什喃喃自语“这可能是一个我们从未见过的天体。

” 没人想到这个让贝尔“头疼”了好几周的信号会成为人类发现的第一颗脉冲星——它不仅证实了中子星的存在更开启了天文学一个全新的领域：脉冲星物理学。

而PSR B1919+21（“B”代表剑桥项目“1919”是赤经“+21”是赤纬）这个看似枯燥的编号从此刻起变成了宇宙中最着名的“灯塔”。

一、20世纪60年代：射电天文学的“黄金时代” 要理解PSR B1919+21的发现必须先回到20世纪60年代——那是射电天文学从“边缘”走向“主流”的关键时期。

1.1 射电望远镜的“眼睛”：从军事到科学的转型 射电天文学的核心工具是射电望远镜——本质上是一个巨大的“金属碗”通过接收宇宙中的无线电波还原天体的信号。

20世纪40年代英国率先研发出射电望远镜最初用于军事（探测敌方雷达）但战后科学家们很快意识到：无线电波能穿透星际尘埃看到光学望远镜看不到的宇宙。

1957年苏联发射第一颗人造卫星“斯普特尼克1号”全球射电望远镜网络开始追踪卫星信号——这不仅开启了太空时代也让射电天文学家学会了如何处理“周期性信号”。

到了60年代剑桥大学的卡文迪许实验室建造了一台低频射电望远镜（Low-Frequency Radio TelescopeLFRT）：它由1000根垂直的金属杆组成形成一个巨大的“Y”型阵列覆盖了1.4公里的基线。

这台望远镜的灵敏度极高能捕捉到来自遥远星系的微弱射电信号——而贝尔的工作就是用它“扫描”天空寻找周期性的射电脉冲。

1.2 之前的“疑似信号”：宇宙在“暗示”什么？ 其实在贝尔发现PSR B1919+21之前射电天文学家已经观测到过一些“奇怪的信号”： 1961年美国天文学家发现了一个来自天鹅座的“周期性射电源”但当时以为是“仪器噪声”； 1965年剑桥团队自己也观测到一个“每秒闪烁一次”的信号但后来证明是人造卫星的反射。

这些“疑似信号”让天文学家意识到：宇宙中可能存在一种能发出周期性射电脉冲的天体但没有人能确定它的本质。

而贝尔的任务就是要找到这个“天体”——或者证明它不存在。

二、贝尔的“烦恼”：从“干扰信号”到“宇宙灯塔” 1967年夏天贝尔开始分析LFRT的观测数据。

她把望远镜对准天空的一个个小区域记录下每个区域的射电信号然后用打孔纸带打印出来——每一条纸带对应一个小时的观测上面的花纹是信号的强度随时间的变化。

2.1 第一个“异常”：81.5 MHz频段的“梳子信号” 7月的一个夜晚贝尔在分析81.5 MHz频段的数据时发现了一张奇怪的纸带：上面的信号不是随机的噪音而是每隔1.337秒出现一个脉冲就像一把梳子的齿整齐地排列在时间轴上。

“这是什么？”她标记下来继续分析其他区域。

接下来的几周她又发现了三个类似的信号——它们的周期分别是1.2秒、1.6秒和0.7秒都来自天空的不同位置。

贝尔的第一反应是“干扰”：会不会是附近的雷达？或者是电离层的反射？她检查了所有可能的干扰源甚至爬上望远镜的支架查看天线有没有被鸟粪覆盖——但信号依然存在。

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