《人类科学技术史-393》当代重大天文发现

当代重大天文发现

本世纪60年代以来，由于宇宙探测技术的不断发展，天文学取得了辉煌的成果，人们相继发现了脉冲星、类星体、3K微波背景辐射和星际有机分子谱线、γ射线爆发、X射线爆发、超新星SN1987A爆发等。

早在30年代，科学家从理论上预言：存在一种致密的中子星。1967年，英国天文学家休伊什(1924-)和他的学生贝尔小姐用一架灵敏的射电望远镜观测星际闪烁。经过1个月的观测记录，贝尔发现在3.7米波长上有一组起伏极为强烈、似乎呈周期性出现的信号。开始休伊什以为是摩托车电火花干扰所致。但其后3个月之中，这组信号反复重现。休伊什感到有必要深入探测。他们用另一台性能更好的大型射电望远镜，又探测到了奇妙的规则脉冲。他们判断信号来自太阳系之外。一年后，科学家们普遍认为，发现的规则脉冲射电源(脉冲星）就是自转的中子星。休伊什因这一发现荣获1974年诺贝尔物理学奖。至今，人们已经发现了400多颗脉冲星。

1960年，美国天文学家桑德奇(1926-　）等人发现，射电源3C-48的位置上是一个亮度为16等的蓝星。它的光谱线很不寻常。不久在另一个射电源3C-273的位置上，天文学家又发现了一颗13等的蓝星。它的光谱类似于3C-48。天文学家把这种类似恒星的奇特天体命名为类星体。类星体的红移很大。按照哈勃定律，它们应当是距我们百亿光年的遥远天体。它们是极强的射电源，辐射能量相当于1000个银河系的能量。但奇怪的是其直径很小，不超过几光年。如此小的体积发射出如此巨大的能量，这是现有的物理知识无法解释的。到80年代初，人们记录到的类星体已超过2000个。天文学家提出许多不同模型来说明类星体的物理机制，但尚未取得公认的结果。对类星体的研究，可能引起天文学以及物理学的重大突破。

3K微波背景辐射是40年代末大爆炸宇宙说的一个预言。1964年，美国贝尔实验室为了改进与通信卫星的联系，建立了一套新型天线接收系统。它的定向灵敏度超过了当时所有的同类型射电望远镜。在将近一年的时间里，彭齐亚斯(1933-　）和威尔逊(1936-　）在波长7.35厘米上发现了各向同性的、不随季节变化的背景辐射；它是相当于3.5K的黑体辐射。他们与普林斯顿大学的迪克(1916-　）深入讨论后，认为所发现的背景辐射是早期宇宙赤热火球的暗淡余光。后来，在0.5毫米到70厘米波段内许多波长上探到的背景辐射的强度随波长的分布，完全符合理论推算出来的温度为2.7K时的黑体谱曲线。一般称之为3K微波背景辐射。它的发现，是支持大爆炸宇宙说的一个重要事实。由于这一发现，彭齐亚斯和威尔逊荣获1978年的诺贝尔物理奖。

星际有机分子的发现也是60年代天文学四大发现之一。1937年，人们在星际物质中发现了甲川(CH）和甲川离子(CH＋）。1940年，又发现了氰基。1954年，美国物理学家汤斯(1915-　）提出用微波谱线寻找星际羟基(OH）。1957年，汤斯又列出17种可能观测到的星际分子。寻找星际羟基并非一帆风顺。直到1963年，汤斯等人设计了一个高灵敏度的接收机并使用更好的望远镜，才获得成功。当天便在仙后座A观测到第一条星际分子的微波谱线，后来又在其他星云中陆续找到数十个羟基源。1968年，人们又在银河系中心区的星云中发现了氨(NH3)和水。1969年，发现了星际有机分子甲醛(HCHO）。这些发现激发了后继者寻找和研究星际分子的热情，也促进了毫米波射电天文技术的飞速发展。分子天体物理学开始形成了，并取得了未曾料想的惊异成果。70年代，人们接二连三地在宇宙中找到形形色色的有机分子，包括许多地球上从未见过的奇异分子，同时观测到被称为天体微波激射源的奇特的分子辐射，以及分子云剧烈运动形成的喷流。这些结果对已有的物理、化学、天文学提出了挑战。近年来，分子天体物理学方兴未艾。到80年代末，已发现的星际分子近100种。分子天体物理学的发展为研究宇宙的化学组成和宇宙演化以及宇宙生命起源都有十分重要的意义。

70年代在天文学上又有重大发现。1973年，克莱比塞得和斯特朗等在分析卫星上γ射线探测器的观测资料时，发现了宇宙γ射线源短暂而猛烈的爆发。r射线爆发的重要特征之一是辐射变化迅速、剧烈。它的发现当时轰动了天体物理学界。1975年，布什金娜等人又发现了X射线爆发，并观察到了它的一些特征。对于γ射线爆发和X射线爆发，科学家们正在深入探讨它的本质和内在机制。70年代末，美国、意大利发现了一个光谱既有大红移又有大蓝移的奇异天体SS433。它的异乎寻常的特征引起了天体物理学家的极大兴趣。

1987年，在美国从事天体化学研究的中国科技大学学生唐明(1956-　）和另外两名美国学者一起，从60年代降落在肯塔基州的一块原始陨石中发现，石中有两种碳化硅同位素与太阳系中的碳化硅同位素不同，并将它们从陨石中分离出来。此后科学家研究认为，这些碳化硅是在一些富碳的恒星内部产生的，比太阳系46亿年的年龄更古老。这一发现对深入了解恒星循环及太阳系的形成具有极重要的意义。

同在1987年，多伦多大学的希尔顿在河外星系大麦哲伦星云中发现了一颗新爆发的超新星，后被命名为SN1987A。天文学家用80年代的研究手段对它变化全过程进行了全波段观测，经过分析认为，它的前身可能是蓝超巨星。

此外，意大利、美国、日本、原苏联的观测站都测到了来自SN1987A的中微子信号。这对超新星物理、致密天体以及宇宙演化前途的研究都有重大意义。

1989年，科学家观测到一颗脉冲星诞生，认为它是SN1987A爆发后塌陷而成的。

1916年，爱因斯坦曾预言过引力波的存在。直到1969年，韦伯才声称探测到了来自银河系中的引力波。但由于未得到其他引力波实验室探测结果的支持，这一发现未被公认。多年探测的经验表明，用韦伯型天线直接探测引力波是不成功的。1973年，约瑟夫.泰勒和罗素.胡尔斯另辟蹊径，提出用脉冲双星的轨道参数来探测引力波。经过几年连续观测，1978年，泰勒等人发现射电脉冲双星PSR1913-16的公转周期在变快，周期变化率与广义相对论的理论预言基本相符。这是引力辐射存在的一个重要的间接证据。泰勒与胡尔斯因这一成就获得1993年诺贝尔物理奖。目前，直接探测引力波的研究工作还在进行。