第33卷 第3期天文学进展Vol.33,No.3 2015年8月PROGRESS IN ASTRONOMY Aug.,2015 doi:10.3969/j.issn.1000-8349.2015.03.03
Crab脉冲星巨脉冲研究进展
吴理歌1，闫振1，沈志强1，龚奥博1,2，韩发新1,3
(1.中国科学院上海天文台，上海200030； 2.北京师范大学，北京100875； 3.上海市应用技术学院，上
海200030)
摘要：巨脉冲是一种持续时间很短的射电爆发现象，它们的流量密度往往比平均脉冲大几十倍、
百倍，甚至千倍以上，成为脉冲星射电辐射中最显著、最突出的现象。Crab脉冲星自发现以来一
直受到广泛关注，它是极少数能够发射巨脉冲的脉冲星之一。射电巨脉冲轮廓形状、微细结构、
能量分布的充分研究，对揭示脉冲星辐射机制和具体辐射过程有重要意义。
关键词：Crab脉冲星；巨脉冲；脉冲微结构；等离子体扰动
中图分类号：P145.6文献标识码：A
1引言
脉冲星是20世纪60年代天文学四大发现之一。脉冲星自身极端物理环境和其表现出的不同于大多数恒星的物理性质吸引了众多天文科学家对其进行细致深入的研究。从1967年发现脉冲星至今，与脉冲星相关的研究成果已经荣获两次诺贝尔奖。
脉冲星是一种高速旋转，具有极强磁场的中子星，其典型半径仅有几十千米，甚至更小。中子星表面的带电粒子被加速接近光速并产生曲率辐射，这种辐射从脉冲星的磁极处以强射束形式释放出去。而脉冲星磁轴和自转轴并不重合，每自转一周，辐射束便会有规则地扫过地球，这时地面望远镜即可检测出一系列间断的脉冲信号，这种辐射模型被形象地称作“灯塔模型”。
对脉冲星的研究主要基于其积分轮廓和单脉冲的特性。脉冲星的积分轮廓十分稳定，反映出脉冲星辐射区的几何结构和辐射强度。但对于脉冲星的单个脉冲而言，它的强度、轮廓以及偏振特性等在不同的周期上都有很大的变化，短时标内几乎杂乱无章。单脉冲的观测结果更能够直接反映出脉冲星的物理本质。在射电频段中，每个周期的单脉冲是由子脉冲构成，其时标在微秒量级。这种强度在微秒级别上发生变化的子脉冲结构被认为是脉冲星射
收稿日期：2015-04-20；修回日期：2015-06-26
资助项目：国家自然科学基金(11403073)；上海市自然科学基金(13ZR1464500)
通讯作者：吴理歌，wulige@https://www.doczj.com/doc/5d17351462.html,
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电辐射基本特征的表现。巨脉冲是子脉冲结构中极为特殊的一种，它具备三个最主要的特征：(1)流量密度极大，有些甚至达到数百万央斯基，B1937+21的最强巨脉冲亮温度高达5×1039K[1]；(2)持续时间极为短暂，2003年Hankins[2]发现竟存在持续时间短于2ns的巨脉冲，持续时间越短的巨脉冲流量密度往往越大，2ns级别的巨脉冲亮温度高达1057K数量级，成为宇宙中最高亮温度的射电辐射过程；(3)具有十分显著的偏振特性，比如Crab脉冲星在中间脉冲相位上观测到的巨脉冲差不多是完全线偏振[28]。
在发现蟹状星云脉冲星之前，人们一直认为在这片星云中有一颗自转极快的脉冲星。在利用射电、光学和X射线观测进行搜寻过程中都未发现脉冲星的踪影。直到1968年，美国绿岸的92m望远镜在射电波段意外地探测到Crab脉冲星的巨脉冲[6]，进一步观测后发现其33ms周期性脉冲的存在，以巨脉冲为线索终于发现了这颗期待已久的脉冲星。同时这也让天文学家认为在年龄小、磁场强度高的脉冲星中更可能发现巨脉冲。实际结果却不尽人意，反而在数颗年老的毫秒脉冲星中陆续发现巨脉冲。
巨脉冲最初只是在Crab脉冲星[6,7,24]和毫秒脉冲星PSR B1937+21[41]中被发现。在其后的30多年中又在一些脉冲星中发现了巨脉冲，这些脉冲星分别是PSR B1821?24[43]，PSR B1112+50[45]，PSR B0540?69[42]，PSR B0031?07[44]，PSR J0218+42，PSR B1957+20[46]，PSR J1752+2359[47]，PSR J1823?3021A[48]，PSR B0656+14[49]等。存在巨脉冲的脉冲星主要是射电光度非常强的年轻脉冲星和转动能损失非常大的毫秒脉冲星。其中Crab脉冲星巨脉冲的性质更为特殊，在射电多个频率范围内有不同表现，而且各个脉冲窗口处巨脉冲特性也存在诸多差异。
由于射电望远镜灵敏度等的限制，到目前为止，能够观测到周期连续的普通单个脉冲的脉冲星仅占所发现2000余颗脉冲星中的极小一部分。而相对平均轮廓而言，单个强脉冲对揭示脉冲星的辐射机制以及相关的等离子体物理机理意义重大。作为强脉冲的一种特殊种类，巨脉冲的研究意义正在于此。通过对巨脉冲观测数据的分析，天文工作者可以从中分析脉冲星辐射信号的产生环境、传播过程中高等离子体密度、强磁场的复杂环境，通过观测巨脉冲轮廓的变化可以对星际介质在微观尺度上进行研究。同时巨脉冲秉性、偏振的特异性，为脉冲星的分类提供参考。
本文第2章介绍从Crab脉冲星巨脉冲发现以来的观测研究，主要分为巨脉冲在不同辐射窗口中的特性、巨脉冲的传播、巨脉冲与非射电频率信号之间的相关性以及巨脉冲能量分布与普通脉冲之间的差异等几个方面来探讨巨脉冲与众不同的物理特征。第3章主要介绍目前Crab脉冲星巨脉冲理论模型建立所面临的困难，和人们对Crab脉冲星巨脉冲充分研究之后，所提出的一些理论假设和论证。第4章进行简单的总结，并简述今后上海65m射电望远镜对Crab脉冲星巨脉冲观测的研究条件和方向。本文主要论述对象是Crab脉冲星，所以以下提及的巨脉冲均指Crab脉冲星发射的巨脉冲。
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2Crab脉冲星巨脉冲观测进展
2.1Crab脉冲星巨脉冲观测进展概述
1968年，Staelin等人在射电波段意外地探测到来自蟹状星云的巨脉冲，进一步确认后发现星云内存在一颗脉冲星(取名为Crab脉冲星)，从而解决了蟹状星云能源之谜。Heiles[52]和Gower[24]验证出巨脉冲强度的幂律分布本质。1995年Lundgren等人[19]对Crab脉冲星巨脉冲进行多波段观测，提出在射电波段可能存在不同于普通脉冲的辐射区域，但由于当时灵敏度的不足，问题未能彻底解决。1999年Sallmen等人[5]发现Crab脉冲星巨脉冲在射电波段具有宽带特性，同时他们利用多个间隔观测波段的数据拟合出巨脉冲的谱指数在?2.2～?4.9之间。
近年来，随着天文技术和设备的革新，我们对巨脉冲隐含的物理性质了解得更加深入。Hankins等人[2]在2003年进行的观测中，发现在5.5GHz频率上巨脉冲包含多个持续时间在纳秒级的子脉冲，细窄轮廓的存在与Weatherall[13]提出的等离子体扰动模型相符合。Crab脉冲星射电辐射特征在射电中高频上(4～8GHz)发生了改变，中间脉冲逐渐成为主导。随后一年，Cordes[3]首次探讨了星际闪烁在整个多波段宽带(0.43～8.8GHz)范围内对巨脉冲信号所带来的影响。Popov等人[21]和Eilek等人[53]在2007年通过探究脉冲宽度分布发现，持续时间越短的脉冲，强度往往更强。Bhat等人[51]于2008年提出星云中散射和色散相关的分析。还有许多尚未提及的观测研究，所有的这些都是为了揭示Crab脉冲星的本质特征和它扑朔的辐射机制，另外也激励着人们对Crab脉冲星巨脉冲做出更进一步的探索。
表1中记录了近年来对Crab脉冲星巨脉冲数次观测的状况。
这些观测记录中，Cordes等人在2004年利用Arecibo望远镜的观测占了大部分。观测中他们分别在10个波段对Crab脉冲星巨脉冲做了详尽的统计，并描绘出所有脉冲平均轮廓和对应波段巨脉冲平均轮廓的比较图，如图1所示。当时Cordes发现巨脉冲仅在主脉冲和中间脉冲的相位处出现，在其他几个轮廓成分相位处未发现巨脉冲。
因为巨脉冲持续时间很短，单脉冲中存在独特的精细结构，星际介质散射作用在低频范围内干扰较为强烈，脉冲出现明显展宽，从而使观测数据中巨脉冲固有特性被掩盖掉。选用较高的观测频率能够在很大程度上减轻星际介质散射作用带来的展宽影响。近年来的观测参数愈渐向高频波段和极小时间分辨率努力。2007年Hankins等人[12]利用Arecibo观测Crab 脉冲星巨脉冲，其时间分辨率达到0.4ns，较之他在2003年2ns的分辨率还要高。图2是此次观测中心频率为9.25GHz上探测到的纳秒级巨脉冲结构。
2007年Jessner等人[28]利用德国E?elsberg射电望远镜在15.1GHz和8.5GHz频率上进行观测，其中15.1GHz的高频观测尚属首例，良好的实验结果进一步拓宽了巨脉冲宽频特性的最大频率宽度。并且Jessner等人在高频成分HFC1、HFC2相位处观测到了巨脉冲。在低频波段，脉冲信号的幅度受到星际闪烁(ISS)的调制，信号幅度因不同频率而异。但当观测频率高于10GHz的时候，脉冲信号的色散展宽效应非常弱，从良好的轮廓中可以更清楚地认识脉冲星的本质特征。
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图110个波段巨脉冲和平均轮廓比较图[3]
图2利用Arecibo观测到的纳秒级巨脉冲结构[12]
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表1Crab脉冲星巨脉冲观测记录[50]
ν/GHz Epoch/MJD T/h BW/MHzδT/μs SEF D/Jy N det Telescope Ref.
0.1～0.253635—61024～256110031MWA-LFD[55]
0.43052304 1.012.5128126211880Arecibo[3]
0.6/1.450224—501—29VLA[5]
0.8124843310020200～30013.530000GB43m[19]
1.18522770.47100100309863Arecibo[3]
1.19752944 3.520421517869WSRT[21]
1.475522770.58100100291647Arecibo[3] 1.3～1.47537363640.51100706ATCA[51]
1.7546183320.18652500Goldstone[50]
2.1552304?523060.151003279135Arecibo[3]
2.33523150.151********Arecibo[3]
2.85523060.261003274103Arecibo[3]
3.552398?52412 1.271006441549Arecibo[3]
4.1552295?52337 1.4910032201663Arecibo[3]
4.5～10.553005?53736—22000.0004—380Arecibo[12]
5.552336?524110.3100322022Arecibo[3]
8.852398?52414 1.4210016222249Arecibo[3]
1.5454232 4.66320323—2854Nanshan[63]
15.154438115000.002515043E?elsberg[28]
8.554443104000.005515029E?elsberg[28]
2.2巨脉冲多频观测特征
2.2.1各频段巨脉冲在辐射窗口中的位置特征
Crab脉冲星射电辐射模式是独一无二的，根据独特的光谱和偏振特性，整个脉冲轮廓随频率的演化先后可以区分出七个明显不同的辐射组成。分别被称为主脉冲MP、中间脉冲IP、先导成分PR、低频成分LFC、高频成分HFC1和HFC2，在中高频出现的相位偏移的中间脉冲IP’。
最早发现Crab脉冲星巨脉冲时，由于观测条件限制，仅在主脉冲相位中探测到巨脉冲。1972年，Gower和Argyle[24]发现巨脉冲不只存在于主脉冲的辐射窗口中，同样存在于中间脉冲的辐射窗口中。Lundgren等人[19]、Sallmen等人[5]、Cordes等人[3]都认为，巨脉冲只存在于主脉冲和中间脉冲辐射窗口中，而其他成分相位内无巨脉冲存在。Shauna认为脉冲轮廓的多重成分是脉冲星辐射的本质特征，并非是各个单脉冲受星云附近的等离子体扰动影响而出现的多样图像，目前比较符合巨脉冲产生原因的理论预言是等离子体扰动造成的脉冲能量突变，以此可以预见巨脉冲和普通脉冲之间存在本质上的差异。
Popov等人[38]用Kalyazin的64m射电望远镜在600MHz频率上对蟹状星云脉冲星进行观测，发现先导脉冲中同样没有巨脉冲存在。先导脉冲的宽度和线偏振都比主脉冲和中间
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脉冲要宽和强。根据这些观测结果，可以预计在整个射电频率上都应存在巨脉冲，但它仅出现在主脉冲相位和中间脉冲相位窗口。这两种成分对应从红外到伽马射线非热辐射的更高频域上，图3是从射电到伽马射线波段Crab脉冲星的平均轮廓，可见其他频率范围的轮廓仅有MP和IP，与射电波段的轮廓相异。MP和IP被认为与脉冲星磁层外间隙辐射之间有密切的关系。射电轮廓中的先导成分并未观测到巨脉冲，很可能是因为射电先导成分象征的是传统脉冲星(不发射巨脉冲的脉冲星)典型的脉冲，并且它来自磁极。如果先导成分被验证是来自磁极的典型脉冲，那么Crab脉冲星巨脉冲的相位将与其余脉冲星一致，其余脉冲星巨脉冲在普通脉冲之后出现。图4是毫秒脉冲星B1937+21巨脉冲的到达情况。
图3Crab脉冲星多频段的平均轮廓差异[4]图4毫秒脉冲星B1937+21巨脉冲的到达相位[1]
Jessner等人[27,28]和Mickaliger等人[57]在射电高频上进行观测，与以往观测结果不同的是，他们发现Crab脉冲星在HFC1和HFC2相位处有巨脉冲，但数量只占相应巨脉冲观测记录总数的极小部分，因此Jessner猜测以往之所以没有观测到HFC处的巨脉冲可能由于统计上巨脉冲出现在HFC相位处的概率小，在短期观测中难以观测到HFC巨脉冲。Jessner 等人2010年发表的文章中还提到他们观测到一个中间脉冲相位处的巨脉冲并未出现在平均轮廓中的IP’处，而是在低频平均轮廓的IP相位处。这样看来巨脉冲随频率的演化特性与普通脉冲之间也存在不同。
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在概率统计中，相互独立事件是指事件A发生的概率与事件B发生的概率之间没有任何影响，A,B同时发生的概率为两事件独立发生概率的乘积。2010年，Karuppusamy[22]将同一脉冲周期内同时出现MPGP和IPGP的事件称为双巨脉冲，利用两独立事件同时出现的概率分析得出双巨脉冲出现的个数与当时观测结果相当符合，并且双巨脉冲的性质与单个出现的巨脉冲之间没有区别。虽然这并非是MPGP和IPGP相互独立的充分条件，但也在很大程度上证明它们之间的性质存在很大差异。
2.2.2MPGP和IPGP性质上的差异
随着观测分辨率的提高，对单脉冲的分析愈来愈充分。人们发现巨脉冲包含多个持续时间10μs左右短暂的微小爆发(mircobursts)，而这样的爆发在4.9GHz[2]时更为短暂。这些微小的爆发总的来看，无论在幅度还是相位上都表现出相当显著的随机性，预示它们是独立于射电辐射区域的发光现象。在大于5GHz的射电观测频率范围内，主脉冲相位处的巨脉冲(MPGP)与中间脉冲相位处的巨脉冲(IPGP)结构上表现出诸多区别。两种巨脉冲均含有微小的爆发，但只有MPGP可以分解为更细小的成分(nanoshots)。Jessner等人[28]对巨脉冲这种nanoshots做了统计研究，发现这种纳秒级现象的产生表明MPGP由众多独立成分组成。
关于微脉冲的形成机制众说纷纭。有人认为，微脉冲是由带电粒子沿着磁力线细流管流动所产生的辐射，微结构的宽度由辐射束的角宽度决定，微脉冲短的时间结构意味着辐射结构的尺度也很小[58]。也有人认为，微脉冲起因于射电发射激发过程的不稳定性，可能是极冠区间隙火花放电的不稳定性产生的。或许这种不稳定性在靠近发射区的高能粒子流中产生。Cheng和Ruderman[60]指出，经典的双流不稳定性可以为产生相干射电发射的粒子成簇提供有效机制。Asseo[61]指出，双流不稳定性可以产生移动的Langmuir湍流的栅格结构。这种栅格的准周期结构可能产生连续出现的微脉冲。微脉冲很难通过增加一些分立发射子源来完全解释，其理论解释必须涉及到辐射相干性的变化。
图5分别是MPGP和IPGP宽频段相位轮廓，它们反映出典型的MPGP和IPGP之间存在的明显差别，MPGP的轮廓显得更为尖锐，IPGP的脉冲轮廓往往平滑并且不对称。在宽带范围内MPGP连续性强于IPGP，从图中可以看出IPGP在一些频率上有不衔接处，总体上来说两个不同辐射窗口中的巨脉冲都表现出显著的宽带特性。
图5MPGP(图(a))和IPGP(图(b))频域和轮廓上特性差异[12]
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高分辨率的偏振测量是理解脉冲星辐射的重要方法，波的极化特征包含了辐射几何构造的所有信息，同时也直接反映了脉冲星辐射传播的物理机制。观测表明，大多数脉冲星平均脉冲的线偏振度比较高，偏振位置角(P A)随平均脉冲的经度平滑地变化，呈现字母S的形状；但有些脉冲星的偏振位置角在某个经度发生90?的跳跃，称为正交模式。圆偏振通常比较弱，有些脉冲星的圆偏振方向常常发生一次或多次变化。Crab脉冲星MPGP巨脉冲和普通脉冲的偏振特性较为类似，但是IPGP的偏振特性却与普通脉冲大相径庭。
Jessner等人[28]详细记录了MPGP与IPGP偏振之间的差异，如图6所示：典型的IPGP轮廓强度增加的持续时间小于下降时间，显示出极为不对称的轮廓。在其巨脉冲爆发时间内，信号是强线偏振，而圆偏振度接近于0；但MPGP在爆发的时间内，圆偏振度与线偏振度所占各半。从图中还可以看到在巨脉冲爆发期间，MPGP的偏振角(P A)变化呈现出明显的减小趋势，减小幅度在20?到40?，如果根据旋转矢量模型来拟合磁轴间的夹角大小，那么仅仅只有0.1 ～20 ，相对于星体表面1～20mm，光速圆柱上的1～100m，尺度上极为不合理。所以必须得对旋转矢量模型(RVM)作出修正。因为传统的RVM没有考虑到兰斯－蒂林效应，即广义相对论预言转动状态的质量会对其周围时空产生拖拽现象，从而造成磁层磁场线扭曲。还有人认为偏振角的变化并非相对于旋转的中子星而是快速移动的巨脉冲发射单元，但巨脉冲发射位置与磁轴距离的不同朝向有较大差异，从而导致观测到的偏振角变化比预想的大很多。
图6MPGP(图(a))和IPGP(图(b))偏振特性差异[28]
与主脉冲中观测到的巨脉冲不同的是，中间脉冲处的巨脉冲偏振角变化显得十分平稳，角度维持在100?～150?之间。这些偏振特性上的极大差异反映出主脉冲与中间脉冲所处磁场环境极大不同。MPGP和IPGP脉冲轮廓和偏振特性之间的这些差异证实它们在磁层中的传播路径可能存在差异，也为Crab脉冲星主脉冲和中间脉冲是否产生自不同磁极提供了科学的探究依据。
2.3巨脉冲和脉冲星磁层的相互作用
对于射电波段脉冲星巨脉冲的传播路径，目前的研究主要从Crab脉冲星在不同射电波
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段所出现的7个不同轮廓成分出发。Crab脉冲星所有的反向散射成分(components)IP、IP’和HFC都有相对少量的巨脉冲出现，它们究竟是脉冲星直接辐射产生还是在磁层反射产生已经初见端倪。
Petrova等人[34]2009年的文章中对Crab脉冲星普通脉冲成分射电频率范围内的演化过程做出了合理的解释。他提出高频成分的IP、IP’、HFC1和HFC2是低频成分在磁层内通过逆康普顿散射形成的。因为散射效率由入射强度决定，巨脉冲散射的强度比普通脉冲大，而且大部分的能量可能会传递给被散射的分量，由此产生了IP、PR、LFC巨脉冲；此后，PR、LFC巨脉冲又再次散射成为IP’和HFC，将大部分的能量注入其中，从而产生了IP’、HFC巨脉冲。因此，散射过程让MP巨脉冲的能量在不同的轮廓分量中转移，这些能量不会长期停留在PR和LFC分量，从而造成到目前为止LFC和PR相位处并未观测到任何巨脉冲。对于巨脉冲传播路径的观测难度较大，Petrova的解释有待进一步验证。
Mickaliger[57]于2013年利用美国绿岸的两个射电望远镜(100m和43m射电望远镜)进行联合观测，发现Petrova的结论有一定的证据验证。这次联合观测中共观测到接近10万个Crab脉冲星脉冲信号。由于具备充足的样本数目，此次观测得出MP脉冲强度与IP脉冲强度存在十分明显的线性关系，如图7，证明IP很可能是由MP反射产生，同时也能证明IPGP可能由MPGP反射产生。
图7MP和IP强度的线性关系[57]
Crossley等人[40]指出，他们通过将VLA分为两个子阵列在1.4GHz和4.9GHz对Crab 脉冲星进行同时观测，探测到巨脉冲存在一种类似地球上声波的“回声现象”。在这次观测中的其中两天均出现了巨脉冲“回声”，观测结果见图8。在真正的脉冲到达之后的50μs左右，又有一个更宽更弱的脉冲到达，这种现象仅发生在1.4GHz，4.9GHz的频率并未探测到。
Crossley假设这种时延是由色散引起的，那么根据色散公式，在1.4GHz上出现的回声会在4.9GHz上早大约4μs左右出现，而事实并非如此。据此Crossley判断，这是一种几何上的时延，巨脉冲回声比真实脉冲的传播路径要长15～30km。他们猜想这是一种在扰动区
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图8巨脉冲在低频波段可能存在回声现象[40]
域内的一片致密等离子聚集，或是伴有磁场束的致密等离子造成的一种反射现象。这种几何上的反射是全反射，当信号往更致密的等离子体传播时产生。而之所以在4.9GHz没有观测到回声，说明这种等离子体结构的致密程度还没有达到能够完全反射较高频率的脉冲信号。
Crab脉冲星巨脉冲所携带的物理量与平均轮廓成分位置之间存在着特定的关系。这些特性表明，巨脉冲同样是脉冲星基本辐射组成元素，它为揭示脉冲星辐射机制提供了充足的证据。从众多单脉冲观测结论推测出如以上所描述的传播路径中的复杂特性，都为我们审视Crab脉冲星多个辐射成分和辐射束组成带来更大的挑战。
2.4巨脉冲与光学波段脉冲的相关性
2013年Strader等人[33]在光学波段和射电波段对Crab脉冲星进行联合观测，此次观测在光学波段采用目前唯一配备有超导能量分辨光子技术设备——ARCONS高时间分辨率望远镜，以此确保能够观测到当射电巨脉冲发生时Crab脉冲星单个脉冲在光学波段的流量、频谱和相位。
这次光学波段和射电波段的联合观测与2003年Shearer等人[30]的观测结果相一致，射电波段的巨脉冲与光学波段脉冲具有一定的相关性。在Strader等人的文章中，他们指出存在一个光学波段的主脉冲，在与一个射电巨脉冲几乎同时到达时，波峰强度上涨了11.3%。与此相似的是，还存在一个光学脉冲，当一个巨脉冲紧随其后到达时，波峰上涨了3.2%。如图9所示，排除了有巨脉冲相伴的光学平均轮廓(红色)强度要低于伴随巨脉冲的光学平均轮廓(黑色)。
另外，当巨脉冲出现在光学波段的中间脉冲相位窗口时，光学波段的主脉冲波峰也提高了2.8%，但是Strader等人并没有发现光学频谱有统计意义上的变化。
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图9Strader证实巨脉冲与光学脉冲之间的相干性[33]
2.5巨脉冲与高能辐射粒子的相关性
对射电脉冲星而言，脉冲的持续时间和脉冲周期之比在2%～10%之间，典型值为3%～4%，即相当于约10?～20?的辐射“窗口”。针对这一观测事实，射电模型中讨论的辐射区在中子星极冠区。加上射电偏振观测给出的偏振位置角的“S”型变化、子脉冲的漂移现象等，射电模型的辐射区集中锁定在中子星极冠区。与此形成明显对照的是，多数(75%)伽玛射线脉冲星光变曲线呈双峰结构，部分伽玛射线脉冲星双峰间距可达一个周期的50%，所以伽玛射线辐射模型主要针对的是宽辐射束，通常认为射电和伽玛射线辐射产生于不同的区域。
2011年，Bilous等人[25]为了验证Lyutikov[14]于2007年提出的理论模型，利用费米望远镜和美国绿岸望远镜在高能辐射和射电波段上对Crab脉冲星进行同时观测；但未能观测到预期的相关性，或是相关性极小。
对于射电巨脉冲和γ射线的非相关性有许多很自然的解释，巨脉冲的产生依赖于非平稳变化的一致性条件，在极为近似的磁层粒子密度条件下仍可能变化很大的角度。另一种可能性则是巨脉冲和高能光子的辐射束之间有很大的不同，导致巨脉冲和γ射线辐射方向存在较大的偏差。
从这次观测结果来看，8.9GHz频率上射电巨脉冲与γ射线的非相关性与Lyutikov提出的模型预期在4～10GHz频率应存在相关性不符。这样看来，除非模型支持的相关性前提是γ射线能量大于100GeV。可是在如此极端的能量阈值范围，费米望远镜能够观测到的光子数量很少，不足以进一步验证相关理论。
2012年，Bilous等人[62]提出，X射线和γ射线在高能辐射相位范围与巨脉冲一致，他们认为巨脉冲和高能光子产生自相同的磁场区域[39]。
2.6巨脉冲的能量累计分布
巨脉冲的能量累计分布情况，对巨脉冲爆发率的估计有重要作用。脉冲星普通脉冲的能量累积分布一般呈现为高斯分布的特征，但巨脉冲的则不同，它往往是一种幂律分布，可以
312天文学进展33卷描述为[5]：
P(E GP>E o)∝f o
E o
E min
α
.(1)
这里，P是单位时间内大于能量E o的巨脉冲个数，幂指数α在?2～?4之间。0.8GHz能量分布的指数α约为?2.3，在0.146GHz时的谱指数取?2.5，1.4GHz和0.43GHz粗略近似的情况下也等同于以上的值，但并非在所有的频率上α都接近?2.5[18,37]。如果选定α等于?2.5，那么大于20倍平均脉冲能量的巨脉冲所占比例在小于0.8GHz的各个不同频率均有不同，在0.8GHz上是89%[19]，而在0.43GHz骤减为9%[18]，在0.146GHz时已经只剩下1%了[7]。
巨脉冲幂律的能量累积分布特点表明它和普通脉冲的辐射机制存在不同，而和近几年新发现的一种旋转射电暂现源(RRAT)更为接近，该特征值得关注。另外一个不同于普通脉冲的是，没有证据证明在巨脉冲附近的脉冲有流量的增强[32]，同时各个观测到的巨脉冲之间也没有联系。相反，许多脉冲星普通脉冲的单个脉冲之间存在相关性，现象显示在一段包含多个观测周期的时间内，脉冲是一种记忆过程，以此也能推测，巨脉冲持续时间小于一个观测周期。1994年Lundgren等人[32]指出，巨脉冲相隔时间与泊松分布十分相符。
图10巨脉冲能量分布存在转折点[64]
Popov等人[38]在600MHz上使用一个谱指数对观测到的巨脉冲能量分布做拟合，推导出巨脉冲峰值流量截止于100Jy，考虑到观测系统的影响因素，在600MHz的截止能量为5kJy·μs，但由于当时观测系统的限制，所测到的能量截止为20kJy·μs，在此情况下不可能探测到巨脉冲能量分布的转折效应。Popov等人[64]2009年提出，在主脉冲相位处的巨脉冲能量分布在45kJy·μs左右存在转折点，需要用两个谱指数来做拟合，如图10所示。
近几年来，我国对于巨脉冲的能量分布研究取得了不少成果，孔令军等人[63]于2007年利用乌鲁木齐南山站25m射电望远镜在1540MHz对Crab脉冲星进行了长达4.66h的观测，共观测到2854个巨脉冲，平均每120个脉冲周期(约4s)探测到一个巨脉冲，通过此次观测的数据处理，得到如图11所示巨脉冲的能量累积分布统计图。通过对直方图用幂律规则做拟合，得到谱指数大约为?3.06，这与目前国际上所做的大量观测结果相符。
3期吴理歌，等：Crab脉冲星巨脉冲研究进展313
图112007年南山站观测巨脉冲能量分布[63]
3Crab脉冲星巨脉冲相关理论
3.1巨脉冲的辐射模型
虽然我们已经从多个波段对Crab脉冲星进行了充分研究，但仍有很多新的观测现象难以解释。Crab脉冲星在射电波段范围内的辐射结构极为复杂，而且它的许多特性不同于其他常规的脉冲星。对于Crab脉冲星，理论模型应该能对目前已有的一些不常见的观测结果进行解释：
(1)单个脉冲中存在持续时间极短(0.4ns)，等效亮温度高达1042K子成分；
(2)射电频域中具有宽带辐射特征，至少为0.02GHz～46GHz；
(3)射电高频(大于5GHz)范围内，中间脉冲的相位发生显著变化；
(4)脉冲信号复杂的偏振特征；
(5)辐射产生相位的差异。
其中最亟待解决的问题是，在射电低频范围内，主脉冲窗口中的巨脉冲数量高于中间脉冲；但当频率大于5GHz时，这种情况却反过来。然而当它们同时出现在高频范围内时，落在主脉冲窗口内的巨脉冲强度要远远大于落在中间脉冲中的强度。
脉冲星的射电辐射是相干辐射过程，辐射束截面的不同点之间存在一定的相位关系。巨脉冲和普通脉冲辐射起源、传播路径相同与否并没有十分准确的结论。巨脉冲的宽带特性为研究其辐射起源提供了有力的参考因素。Melrose等人[65]认为，这种宽带特性与极冠上方正负电子对产生率有密切联系，也可能是一类由共转充电与光速圆柱外等离子体分布产生的Schott辐射[67]，辐射过程本身也受到等离子体不稳定的影响[60]。这样看来，脉冲星的巨脉冲信号作为一种辐射瞬时变化的现象，可能是少数相干辐射区域流量数据的非相干叠加或者单个辐射相干增长。
20世纪70年代，Rickett和Cordes[9]提出一个经验模型，他们认为巨脉冲信号是由白噪声和很多夹杂在其中的细小脉冲组成。Weatherall[13]预言，磁层中正在瓦解的光孤子会
314天文学进展33卷
产生持续几纳秒，并且频率接近产生处等离子体频率的爆发式脉冲(shot pulses)。这种短暂的时间尺度与通常认为的电子聚束(bunches)或是脉泽导致的相干曲率辐射理论不相容，Weaterall提出的等离子体扰动理论与目前的观测结果更为契合。Hankins和他的学生共同完成了对Weatherall所提出理论模型的拟合，发现确实应当存在极为短暂的爆破样脉冲，这与他2007年的观测结果[12]相符合。Weatherall的模型不仅对Crab脉冲星的主脉冲，同时对其他许多脉冲星而言都是正确的。虽然在容许很多限制条件的情况下，Weatherall的等离子体扰动模型能够与主脉冲的特性吻合，但Crab脉冲星的中间脉冲是另外一种情形。频谱中成比例的频率间隔预示：它很可能是受到奇异磁场影响下产生的一种干涉现象。
2007年，Lyutikov等人[14]提出异常回旋共振(anomalous cyclotron resonance)模型来解释中间脉冲，但该模型预示的带宽间隔与实际测量的δf/f=0.06并不相符。与此类似，根据太阳射电频谱中条纹频带(zebra bands)所提出的一些模型，难以验证在很宽频率范围内频率间隔(band spacing)的线性关系。2008年，Ardavan等人[15]利用贝塞尔方程对Crab 脉冲星频率进行拟合，同样也没有得到频率间隔的线性关系。很遗憾，目前难以找到一个理想的模型来解释Crab脉冲星的中间脉冲。
3.2巨脉冲产生环境的推测
Istomin等人[71]2004年提出，巨脉冲来自发生在光速圆柱附近磁重联事件过程中的Alfven波，Alfven波是磁流体中沿背景磁场方向传播的甚低频(ULF)磁流体力学波。处在磁场中的等离子体在垂直于磁场中受到局部扰动时，沿着磁感应线方向的磁张力提供恢复力，就会激发Alfven波。Alfven波的频率远低于等离子体的回旋频率，它与一般的电磁波相似，也具有横波的特性，只是速度远小于电磁波，并且速度不随波的频率不同而变化。Alfven 波作为一种磁流体波，通常认为其是引起恒星大气加热机制的重要途径。2006年，Popov 等人[38]利用观测证实，主脉冲窗口处的巨脉冲往往十分靠近窗口边缘，Cognard等人[66]认为，光速圆柱处的强磁场环境是脉冲星能够产生巨脉冲的必要条件，他们将存在巨脉冲的脉冲星和部分强磁场的脉冲星标记在光速圆柱磁场强度与自转周期的关系(如图12所示)中，可见已发现巨脉冲的脉冲星光速圆柱附近磁场要强于其他脉冲星，尤其是Crab脉冲星和B1937+21这两颗，这些观测结论为巨脉冲产生自光速圆柱附近提供了有力证据。支持巨脉冲产生在光速圆柱附近的还有Lyutikov提出的模型，不过此模型需要比Goldreich-Julian标准模型高的等离子体密度。与常规脉冲不同的是，模型中巨脉冲通过重连事件(Reconnection events)产生自近闭合磁场线处，而重连事件则是由一束高能洛伦兹束产生,初始能量来自于脉冲星的强磁场，此后洛伦兹束因曲率辐射逐渐消失。
关于巨脉冲产生地点的说法一直备受争议。2011年，Lewandowska等人[72]发现巨脉冲是单个独立的事件，通过对它和常规脉冲到达时间的比较，发现在到达时间上没有不同，这说明常规脉冲和巨脉冲的产生地点也可能相同，目前对巨脉冲究竟产生自何处尚无定论。
2002年Eilek等人[53]通过对相干消色散后的动态谱进行研究发现，中间脉冲的DM总是比主脉冲的高约0.05%。这意味着，中间脉冲起源于比主脉冲更深的环境，因而在传播过程中遭受了额外的色散效应。
3期吴理歌，等：Crab脉冲星巨脉冲研究进展315
图12存在巨脉冲的脉冲星周围光速圆柱磁场强度[66]
4总结与展望
巨脉冲是一种流量密度极高、持续时间短暂、偏振特性显著的射电辐射现象。来自蟹状星云的巨脉冲不仅是发现星云中存在一颗年轻脉冲星的直接观测依据，更为此后探究Crab 脉冲星复杂而极端的物理环境提供了有利线索，对脉冲星巨脉冲的研究意义非凡。在天线灵敏度达不到观测普通单个脉冲时，巨脉冲信号仍然十分显著，利用这些巨脉冲携带的流量、轮廓以及偏振信息，我们可以更有效地研究脉冲星的自转周期、辐射束结构与周围磁场环境变化。目前已经发现10余颗存在巨脉冲的脉冲星，它们主要是年轻的脉冲星和转动能损失非常大的毫秒脉冲星，其中对Crab脉冲星的研究资料最多。Crab脉冲星的辐射特性十分突出，并非在所有的射电平均轮廓处出现，主要出现在MP、IP相位处，在HFC成分中有少量巨脉冲出现，并且MPGP和IPGP之间的性质存在显著差异；在大于5GHz后，出现在MP、IP的巨脉冲数量上出现逆转，较高频率下MPGP的数量要远小于IPGP；巨脉冲的到达相位在辐射窗口之内，而其余脉冲星发射巨脉冲的相位落点要迟于普通脉冲；能量累积分布不同于普通脉冲的高斯分布，呈现一种和RRAT相似的幂律分布。
普通脉冲的周期占比往往在5%左右，而巨脉冲的持续时间比普通脉冲还要短，持续时间在数纳秒到微秒之间，这要求望远镜有较高的时间分辨率。Hankins在2003年和2007年对Crab脉冲星巨脉冲的两次观测中，时间分辨率分别达到2ns和0.4ns，并且探测到纳秒级别的单个巨脉冲和巨脉冲自身的微结构(nanoshots)。Crab脉冲星在射电波段共出现7个脉冲成分，Petrova等人认为，并非所有成分均直接来自辐射束，部分成分是由Crab脉冲星主脉冲经过一系列的逆康普顿散射产生，可以通过巨脉冲在不同相位处的分布来推测主脉冲
316天文学进展33卷
的传播。在2006年Crossley等人的文章中，他们指出射电低频的巨脉冲确实存在一种类似地球上的“回声”现象。
巨脉冲的起源不同于普通脉冲，从众多观测结果来看，其与光学波段的单个脉冲之间存在一定相关性，与高能辐射X射线、伽马射线之间的相关性还没有定论，更倾向于无关。目前较为认同的观点是，光速圆柱附近的磁重联事件导致巨脉冲的产生，并且强度受到周围等离子体密度的影响。目前已经验证存在巨脉冲的脉冲星光速圆柱附近的磁场强度比常规脉冲星要强至少1个量级。
2013年10月，上海65m射电望远镜已经配备既有相干消色散功能又有非相干消色散的数字化终端DIBAS。该系统既支持搜寻模式又支持在线叠加模式的脉冲星观测[54]，搜寻观测模式对于研究脉冲星的巨脉冲和RRAT现象具有重要意义。终端最高分辨率达到20μs 左右，足够观测到大多数的巨脉冲。在今后的研究工作中，我们准备利用上海65m射电望远镜对Crab脉冲星和毫秒脉冲星B1937+21进行观测，将在S、C等多个波段得到其观测数据。根据目前已有的观测结果与理论预期，对我们所得到的资料进行统计分析。
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318天文学进展33卷
Research Progress of Giant Pulses from the
Crab Pulsar
WU Li-ge1,YAN Zhen1,SHEN Zhi-qiang1,
GONG Ao-bo1,2,HAN Fa-xin1,3
(1.Shanghai Astronomical Observatory,Chinese Academy of Sciences,Shanghai200030,China; 2. Beijing Normal University,Beijing,100875; 3.Shanghai Institute of Technology,Shanghai200030, China)
Abstract:In1968,astronomers serendipitously detected giant pulses from the Crab nebula, which is theoretically expected for a long period of time.Giant pulse is an astonishing and remarkably phenomenon in radio pulsar emission.It is a short-term radio burst,with?ux density that can reach tens,hundreds or thousands times of their average pulse.Crab pulsar attracted extensive attention from its discovery,as it is one of the very rare pulsars that could emit giant pulses,It allows one to study giant pulse pro?le,microstructure,and energy distribution.Although the physical mechanism and generating condition of the giant pulses are still not well understand,the accumulating observational results and theoretical predictions will help us to built a coherent picture of these giant pulsars.
Key words:Crab pulsar;Giant pulse;micro pulse;turbulence of plasma
上海高考物理知识备忘录 宇宙的基本结构 1、地月系 （一）、地球：是一颗直径约为12756km 、质量约为6.0*1024 kg 的行星，以约30km/s 的平均速率绕太阳高速旋转。 ⑴地球球形的证明： ①船只出海时渐渐没入地平线，最后完全消失在地球的弧线下方。 ②人们向南旅行和向北旅行时所见的星空是不同的 ③月食时观察到地球投到月球上的影子，正好符合地球与月球两者都是球状时所预期的形状 ④1519至1522，葡萄牙航海家麦哲伦率领的船队第一次环球航行成功，实践证明了地球是球形的。 ⑤现代，外太空拍摄的地球照片证实地球是球形的 ⑵北极星附近的星星经长时间曝光摄得的照片说明什么？ 由于地球的自转，星星在天极附近画出美丽的弧线 每隔1h 或15min 观察一次星星。看到星星和月球一样在东方升起，西方落下，不同的星星彼此相对位置不变而成群地穿越天空，而北极星几乎不动，它周围附近的星星环绕着它做圆周运动。 （二）月球：月球走径约为3476km ，质量约为地球的1/81，平均密度几乎和地球地壳的密度相等。1609年伽俐略第一次用自己发明的望远镜看到了月球表面的环形山、高地和月海。 ⑴从地球上看，我们总是看到同样的一些月海，因此我们推断月球总是以同一个面来对着地球。 ⑵月球对地球的影响——潮汐 ①潮汐现象产生的原因：由于月球对地球同同部分施加不同的万有引力 而产生的 ②潮汐： A 点是离地球最近的点。在这一点上，月球对地表水的引力要大于它对地球其他部位的引力，于是水流向A 点，形成高潮。 B 点是离月球最远的点。在这一点上，月球对地表水的引力要小于它对地球其他部位的引力，加上地球本身的运动，水被抛在其后，这些被抛在身后的水形成另一个高潮。 C 点和 D 点为两个低潮点。 *⑶月球的成因：碰撞论的假说 2、恒星和行星 （一）太阳系 ⑴太阳：太阳是一颗自己能发光发热的气体星球。太阳的直径约为1.4*106 km ，总质量约为 2*1030 kg 。太阳的能源为：内部的热核反应（轻核聚变） ⑵太阳系的结构：行星在太阳的引力作用下，几乎在同一平面内绕太阳公转。距离太阳越近的行星，公转速度越大。 Ｂ ＣＤ
高能天体物理 高能天体物理是天体物理学的一个分支学科。主要任务是研究天体上发生的各种高能现象和高能过程。这里的高能现象或高能过程一般是指下述两种情形： ①所涉及的能量同物体的静止质量相对应的能量来比，不是一个可忽略的小量； ②有高能粒子或高能光子参与的现象或过程。二十世纪六十年代以来,随着类星体、脉冲星、宇宙X射线源、宇宙γ射线源等的相继发现，空间技术和基本粒子探测技术在天文观测中的广泛应用，以及高能物理学对天体物理学的不断渗透，对宇宙中高能现象和高能过程的研究便日益活跃起来。它涉及的面很广，既包括有高能粒子（或高能光子）参与的各种天文现象和物理过程，也包括有大量能量的产生和释放的天文现象和物理过程。最早，高能天体物理学主要限于宇宙线的探测和研究，真正作为一门学科是20世纪60年代后才建立起来的。60年代以后，各种新的探测手段应用到天文研究中，一大批新天体、新天象的发现，使高能天体物理学得到了迅速发展。高能天体物理学的研究对象包括类星体和活动星系核、脉冲星、超新星爆发、黑洞理论、X射线源、γ射线源、宇宙线、各种中微子过程和高能粒子过程等等。 高能天体物理学和高能物理学之间有十分密切的联系，它们相互渗透，相互促进。例如，①1958年范曼和格尔曼提出的普适弱相互作用理论容许有 (ēve) 型荷电轻子弱流的自耦合过程。隆捷科沃和丘宏义等人研究了这种自耦合过程在天体物理学上的应用，发现它们对晚期恒星的演化有重要的作用。这一结果不仅促进了恒星演化理论的深入发展，而且使人们坚信在自然界确实存在这种过程。不久前，这种自耦合过程在实验室里果然得到证实。②按照经典理论，一切粒子只能落入黑洞之中，而不可能从黑洞内射到外面去。但是，从量子效应的观点来看，黑洞却可能成为可以发射粒子的天体。量子论和引力论的这一发展反过来又为研究强引力场中的基本粒子过程开辟了广阔的领域。③粒子物理学的研究成果帮助人们认识到，中子星的内部可能有各种超子和π介子，这是天体物理学的一个进展。 高能天体物理学已经取得一些重要的研究成果，主要表现在以下几个方面：①对于在恒星上可能发生的中微子过程作了开创性的研究，发现光生中微子过程、电子对湮没中微子过程以及等离子体激元衰变中微子过程等，对晚期恒星的演化
1脉冲星 科学是由理论和实验(对天文学来说是观测)来建立的，二者相互映照，时而这个领先，时而那个获胜。中子星是理论预言领先于观测发现的最美妙事例之一。 杰姆斯·查德威克(James Chadwick)爵士1932年在实验室里发现中于并获得1935年的诺贝尔奖。据说著名的俄国物理学家列夫·朗道(Lev Landau)和他的小组在发现中子后马上预测存在一种完全由中子组成的星，不幸的是，朗道没有立即发表自己的预测。两年后，两位密切注意粒子物理学发展的美国天体物理学家摘取了果实。由与白矮星类比而受到启发(拉尔夫·富勒提出白矮星是以电子简并压来支撑自身重量)，弗里兹·兹维基和瓦尔特·巴德建议，中子能产生一种简并压，并能支持质量超过钱德拉塞卡极限的恒星残骸。他们俩对1054年超新星的遗迹蟹状星云很有兴趣，星云中心有一个萎缩的天体，但不是白矮星。 第二次世界大战爆发前不久，罗伯特·奥本海默(Robert OPPenheimer，后来的原子弹之父)和沃尔科夫(G·V olkofD提出了一种严格意义上的中子星理论。他们特别证明，对于质量与太阳相当的恒星，简并中子的流体静力学平衡是可以实现的。 他们的工作被天文界客气地置之一旁。卡米尔·弗拉马里昂(Camme Nammaho…著名的《普通天文学》于1955年出版，在这本(首先激起我对天文学的热爱的)书中，仅有几行字提到兹维基的革命性理论，并说“这是些不可能由观测检验的含糊思想”。观测检验不得不再等待12年。 1.1空中灯塔 我在这儿搞一项新技术来拿博士学位，可一帮傻乎乎的小绿人却选择了我的天线和我的频率未同我们通讯。 ——乔丝琳·贝尔(Jocelyn Bell) 1967年，剑桥大学一名年轻研究生乔丝琳·贝尔，从她的导师安托尼·休伊斯(Antnony Hewish)那里接受了一项任务，检查和改进用于测量遥远射电源辐射的
脉冲星自主导航概述 杨廷高1，南仁东2，金乘进2，甘恒谦2 (1 中科院国家授时中心陕西省临潼 710600) (2 中科院国家天文台北京 100012) 摘要 摘要：脉冲星自转非常稳定，可以用作时间标准，许多脉冲星的空间位置、自行、距离、自转周期及导数、自转的初始相位等天体测量和天体物理参数都被精确测定。 由于脉冲星能够同时提供时间信号和空间位置坐标，利用空间脉冲星网络的导航系统的开发研究受到重视。 除甚长基线干涉测量之外，空间飞行器导航的传统方法只在沿飞行器的视线方向提供高精度，且当太阳位于空间飞行器与地球中间时根本无法实现导航。 安装在空间飞行器上的脉冲星导航系统能够实现飞行器的自主导航，能给出空间飞行器相对于太阳系质心的三维坐标和飞行速度。 射电脉冲星自主导航系统只适用于载荷量大的空间飞行器，而X射线脉冲星未来的适用范围可能非常广阔。 讨论了脉冲星钟的模型和脉冲星导航系统的框架结构，介绍了脉冲星导航的基本原理和算法。 目前，已发现射电脉冲星约1750颗，X射线脉冲星50余颗。 利用脉冲星钟模型能高精度地预报脉冲星脉冲到达太阳系质心的时间，即在任何时刻，脉冲星相当于太阳系质心的相位是可以预报的。 在空间飞行器上测量脉冲星脉冲的到达时间(即脉冲星自转相位测量)所得到的相位与该脉冲星相对于太阳系质心的相位(脉冲星钟预报的相位)之间的差值包含有空间飞行器的位置信息。 通过空间飞行器上脉冲星导航系统对多颗脉冲星的计时观测(相位测量)，就能解算出观测时刻空间飞行器相对于太阳系质心的位置坐标。 指出脉冲星导航系统采用的脉冲星探测器的性能决定了脉冲星相位的测量精度，这也是影响空间飞行器位置解算精度的关键因素。脉冲星导航观测采用的原子钟如果足够稳定，则空间飞行器位置的算法可以简化。 在 脉冲星导航系统计时观测接近微秒(sμ)量级时，脉冲星视差、Shapiro和 Einstein延迟的影响是不可忽略的。 对于这样的脉冲星导航系统开发设计中的关键技术和应该进一步研究的主要问题进行了初步分析和讨论。 关键词 脉冲星—脉冲星钟—空间飞行器—定位导航 1 引言 脉冲星自转非常稳定，可以用作时间标准[1-3]。 由于脉冲星能够同时提供时间信号和空间位置坐标，利用空间脉冲星网络的导航系统的开发研究受到重视[4,5]。 安装在空间飞行器上的脉冲星导航系统能够实现飞行器的自主导航，不需要庞大地面系统的支持，更具有安全性。目前，已发现射电脉冲星约1750颗，X射线脉冲星50余颗。并且，脉冲星的搜寻工作正在深入开展，有望发现更好、
目录 摘要 (i) Abstract ................................................................................................................ i i 第一章绪论 (1) 1.1 航天器自主导航概述 (1) 1.1.1 自主导航的定义及特点 (1) 1.1.2 航天器对自主导航技术的需求分析 (1) 1.1.3 航天器自主导航系统分类及发展概况 (2) 1.2 X射线脉冲星导航的发展概况 (4) 1.2.1 X射线脉冲星导航的基本概念 (4) 1.2.2 脉冲星参数测定及相关理论的研究进展 (5) 1.2.3 脉冲星导航理论的研究进展 (10) 1.2.4 X射线脉冲星导航试验及研究计划 (13) 1.3 本文的研究思路 (14) 第二章X射线脉冲星导航的相关理论 (18) 2.1 时空参考系 (18) 2.1.1 坐标系统 (18) 2.1.2 时间系统 (19) 2.2 计时模型 (22) 2.2.1 时间相位模型 (22) 2.2.2 时间转换模型 (23) 2.3 脉冲TOA计算方法 (25) 2.3.1 X射线脉冲星信号模型 (25) 2.3.2 基于历元折合的信号处理方法 (26) 2.3.3 直接利用光子TOA的信号处理方法 (28) 2.4 基于脉冲星观测的航天器定位基本原理 (28) 2.5 航天器轨道动力学 (30) 2.5.1 近地航天器轨道动力学 (30) 2.5.2 深空探测器轨道动力学 (30) 2.5.3 轨道状态转移矩阵计算 (30) 2.6 非线性滤波理论 (31) 2.6.1 扩展Kalman滤波 (32) 2.6.2 无迹Kalman滤波 (33)
24932脉冲星
24932 脉冲星 脉冲星概述：脉冲星(Pulsar)，又称波霎，是中子星的一种，为会周期性发射脉冲信号的星体。 脉冲星人们最早认为恒星是永远不变的。而大多数恒星的变化过程是如此的漫长，人们也根本觉察不到。然而，并不是所有的恒星都那么平静。后来人们发现，有些恒星也很"调皮"，变化多端。于是，就给那些喜欢变化的恒星起了个专门的名字，叫"变星"。 脉冲星，就是变星的一种。脉冲星是在1967年首次被发现的。当时，还是一名女研究生的贝尔，发现狐狸星座有一颗星发出一种周期性的电波。经过仔细分析，科学家认为这是一种未知的天体。因为这种星体不断地发出电磁脉冲信号，人们就把它命名为脉冲星。 脉冲星发射的射电脉冲的周期性非常有规律。一开始，人们对此很困惑，甚至曾想到这可能是外星人在向我们发电报联系。据说，第一颗脉冲星就曾被叫做"小绿人一号"。 经过几位天文学家一年的努力，终于证实，脉冲星就是正在快速自转的中子星。而且，正是由于它的快速自转而发出射电脉冲。 蟹状星云脉冲星的X射线/可见光波段合成图像 正如地球有磁场一样，恒星也有磁场；也正如地球在自转一样，恒星也都在自转着；还跟地球一样，恒星的磁场方向不一定跟自转轴在同一直线上。这样，每当恒星自转一周，它的磁场就会在空间划一个圆，而且可能扫过地球一次。
那么岂不是所有恒星都能发脉冲了?其实不然，要发出像脉冲星那样的射电信号，需要很强的磁场。而只有体积越小、质量越大的恒星，它的磁场才越强。而中子星正是这样高密度的恒星。 另一方面，当恒星体积越大、质量越大，它的自转周期就越长。我们很熟悉的地球自转一周要二十四小时。而脉冲星的自转周期竟然小到0.0014秒！要达到这个速度，连白矮星都不行。这同样说明，只有高速旋转的中子星，才可能扮演脉冲星的角色。脉冲星 这个结论引起了巨大的轰动。因为虽然早在30年代，中子星就作为假说而被提了出来，但是一直没有得到证实，人们也不曾观测到中子星的存在。而且因为理论预言的中子星密度大得超出了人们的想象，在当时，人们还普遍对这个假说抱怀疑的态度。 脉冲星及其伴星直到脉冲星被发现后，经过计算，它的脉冲强度和频率只有像中子星那样体积小、密度大、质量大的星体才能达到。这样，中子星才真正由假说成为事实。这真是本世纪天文学上的一件大事。因此，脉冲星的发现，被称为二十世纪六十年代的四大天文学重要发现之一。 脉冲星是20世纪60年代天文的四大发现之一。至今，脉冲星已被我们找到了不少于1620多颗，并且已得知它们就是高速自转着的中子星。 脉冲星有个奇异的特性--短而稳的脉冲周期。所谓脉冲就是像人的脉搏一样，一下一下出现短促的无线电讯号，如贝尔发现的第一颗脉冲星，每两脉冲间隔时间是1.337秒，其他脉冲还有短到0.0014秒(编号为PSR-J1748-2446)的，最长的也不过11.765735秒(编号为PSR-J1841-0456)。那么，这样有规则的脉冲究竟是怎样产生的呢? 天文学家已经探测、研究得出结论，脉冲的形成是由于脉冲的高速自转。那为什么自转能形成脉冲呢?原理就像我们乘坐轮船在海里航行，看到过的灯
我国贵州500米口径球面射电望远镜原理和技术指标 （多图），进度和介绍
罔量坊科 1 .反.甑中毀 冋生| 500米口径球面射电望远镜（Five-hundred- meter Aperture Spherical radio Telescope 利用 贵州喀斯特地区的洼坑作为望远镜台址，建造世界第一大单口径射电 望远镜，其拥有30个标准足球场大的接收面积。FAST 作为世界最大 的单口径望远镜，将在未来20至30年保持世界一流地位。全新的设 计思路，加之得天独厚的台址优势，使其突破了望远镜的百米工程极 限，开创了建造巨型射电望远镜的新模式。 三项自主创新： 1、利用独一无二的贵州天然喀斯特洼地台址 * GPS 卿鮒A 旳制］ *??| 俺昭如
2、应用主动反射面技术在地面改正球差 3、轻型索拖动馈源支撑将万吨平台降至几十吨 项目主管部门：中国科学院 项目共建部门：贵州省人民政府 项目建设单位：中国科学院国家天文台 科学目标： 1、F AST有能力将中性氢观测延伸至宇宙边缘，重现宇宙早期图像。 2、能用一年时间发现数千颗脉冲星，建立脉冲星计时阵，参与未来脉冲星自主导航和引力波探测。 3、主导国际甚长基线干涉测量网，获得天体超精细结构。 4、进行高分辨率微波巡视，检测微弱空间信号。 5、参与地外文明搜寻。 6、参与子午链工程，提高非相干散射雷达双机系统性能。 7、将深空通讯能力延伸至太阳系外缘行星，将卫星数据接收能力提高100 倍。 应用目标： 1、空间飞行器的测控与通讯 2、脉冲星计时阵和自主导航 3、非相干散射雷达接收系统 4、高分辨率微波巡视 技术指标： 1、球反射面：半径—300m, 口径—500m
脉冲星的发现和意义
北京大学天文系 乌鲁木齐天文站 吴鑫基
脉冲星的四大发现
? 1967年贝尔和休伊什发现脉冲星 确认中子星的存在 ? 1974年赫尔斯和泰勒发现脉冲星双星系统 间接验证引力波的存在 ? 1982年贝克和库尔卡尼发现毫秒脉冲星 确认X射线双星与脉冲星的演化关系 ? 1992年沃斯赞和弗雷尔发现脉冲星的行星 人类发现的第一个太阳系外的行星系统
一，中子星的预言
1，中子星的预言： 1932年，发现中子后预言，中子星存在 1939年, 提出中子星的结构 1934年，提出超新星爆发可以产生中子星 1967年，指出蟹状星云中有一颗自转的磁 中子星
2 ，脉冲星主要产生于超新星爆发: 2，脉冲星主要产生于超新星爆发:
塌缩质量超过 1.4太阳质量，形成中子星 塌缩质量超过1.4太阳质量，形成中子星
角动量守恒 磁通量守恒 . 磁通量守恒.
3，中子星形成的三个阶段
第一步：中子化过程 ? ? 原子核中的中子越来越多； 密度大于106克/厘米3 时，核外电子的能量
大，可打进原子核，高能电子打入原子核， 和质子相碰，形成一个中子和一个中微子 （即发生逆β衰变反应）。 ? 反应后，原子核中少了一个质子，多了一个 中子，这个元素变为另一种元素。
第二步：自由中子发射过程 当原子核中的中子越来越多，中子的能量大 到一定程度时，中子就有可能跑出原子核。 条件：密度达到或超过4 x1011克/厘米3。 第三步：原子核破裂形成中子流体 当密度超过1014克/厘米3以后，原子核便完 全离解，其中的质子和电子相碰变为中子，成 为中子的海洋。但是中子星内还存在着很少量 的质子和电子。
第33卷 第3期天文学进展Vol.33,No.3 2015年8月PROGRESS IN ASTRONOMY Aug.,2015 doi:10.3969/j.issn.1000-8349.2015.03.03 Crab脉冲星巨脉冲研究进展 吴理歌1，闫振1，沈志强1，龚奥博1,2，韩发新1,3 (1.中国科学院上海天文台，上海200030； 2.北京师范大学，北京100875； 3.上海市应用技术学院，上 海200030) 摘要：巨脉冲是一种持续时间很短的射电爆发现象，它们的流量密度往往比平均脉冲大几十倍、 百倍，甚至千倍以上，成为脉冲星射电辐射中最显著、最突出的现象。Crab脉冲星自发现以来一 直受到广泛关注，它是极少数能够发射巨脉冲的脉冲星之一。射电巨脉冲轮廓形状、微细结构、 能量分布的充分研究，对揭示脉冲星辐射机制和具体辐射过程有重要意义。 关键词：Crab脉冲星；巨脉冲；脉冲微结构；等离子体扰动 中图分类号：P145.6文献标识码：A 1引言 脉冲星是20世纪60年代天文学四大发现之一。脉冲星自身极端物理环境和其表现出的不同于大多数恒星的物理性质吸引了众多天文科学家对其进行细致深入的研究。从1967年发现脉冲星至今，与脉冲星相关的研究成果已经荣获两次诺贝尔奖。 脉冲星是一种高速旋转，具有极强磁场的中子星，其典型半径仅有几十千米，甚至更小。中子星表面的带电粒子被加速接近光速并产生曲率辐射，这种辐射从脉冲星的磁极处以强射束形式释放出去。而脉冲星磁轴和自转轴并不重合，每自转一周，辐射束便会有规则地扫过地球，这时地面望远镜即可检测出一系列间断的脉冲信号，这种辐射模型被形象地称作“灯塔模型”。 对脉冲星的研究主要基于其积分轮廓和单脉冲的特性。脉冲星的积分轮廓十分稳定，反映出脉冲星辐射区的几何结构和辐射强度。但对于脉冲星的单个脉冲而言，它的强度、轮廓以及偏振特性等在不同的周期上都有很大的变化，短时标内几乎杂乱无章。单脉冲的观测结果更能够直接反映出脉冲星的物理本质。在射电频段中，每个周期的单脉冲是由子脉冲构成，其时标在微秒量级。这种强度在微秒级别上发生变化的子脉冲结构被认为是脉冲星射 收稿日期：2015-04-20；修回日期：2015-06-26 资助项目：国家自然科学基金(11403073)；上海市自然科学基金(13ZR1464500) 通讯作者：吴理歌，wulige@https://www.doczj.com/doc/5d17351462.html,
物理学与人类文明 复习资料
一、选择题 1．根据经典力学原理，动量守恒的根本原因是 A A. 空间平移对称性 B. 时间平移对称性 C. 空间方向对称性 D. 空间和时间对称性 2．根据麦克斯韦电磁场理论， C A. 稳恒电场可以诱导稳恒磁场，稳恒磁场也可以诱导稳恒电场 B. 交变电场可以诱导稳恒磁场，交变磁场也可以诱导稳恒电场 C. 交变电场可以诱导交变磁场，交变磁场也可以诱导交变电场 D. 稳恒电场可以诱导交变磁场，稳恒磁场也可以诱导交变电场 3．根据麦克斯韦电磁场理论，电磁辐射功率与电荷振动频率的 D 成正比。 A. 一次方 B. 二次方 C. 三次方 D. 四次方 4．根据麦克斯韦电磁场理论，当带电物体 B 时可辐射电磁波。 A. 作匀速直线运动 B. 作圆周运动 C. 相对静止 D. 作任何运动 5．两束光在相遇时产生干涉现象的条件是它们的 D 。 A. 频率不同, 振动方向不同 B. 频率不同, 振动方向相同 C. 频率相同, 振动方向不同 D. 频率相同, 振动方向相同 6．按照光的波动学说，光的颜色取决于它的 A 。 A. 波长 B. 亮度 C. 相干性 D. 波粒二象性 7．全息照相的拍摄和再现原理是 B 。 A. 干涉记录, 干涉再现 B. 干涉记录, 衍射再现 C. 衍射记录, 干涉再现 D. 衍射记录, 衍射再现 8．根据瑞利散射定律，光在介质中的散射光强度与光波波长的 D 成反比。 A. 一次方 B. 二次方 C. 三次方 D. 四次方 9．根据热力学原理，当物体的温度升高时， B 。 A. 物体中分子的平均动能增大，物体的内能减小 B. 物体中分子的平均动能增大，物体的内能增大 C. 物体中分子的平均动能减小，物体的内能增大 D. 物体中分子的平均动能减小，物体的内能减小 10．卡诺定理认为：提高热机效率的有效方法是 B 。 A.增加高温热源与低温热源的温度 B. 增加高温热源与低温热源之间的温度差 C. 减小高温热源与低温热源之间的温度差 D. 减小高温热源与低温热源的温度 11．根据热力学第一定律，热机从高温物体吸取热量Q1，向低温物体放出热量 Q2，对外做功A，则 B 。 A. Q1 + Q2 + A = 0 B. Q1 = Q2 + A C. Q1 = Q2 – A D. A = Q1 + Q2 12．量子力学认为: D 具有波动性。 A. 较小的微观粒子 B. 较大的微观粒子
科技名词定义 中文名称： 脉冲星 英文名称： pulsar 定义： 有107—109T强磁场的快速自转中子星。发射规则的毫秒至百秒级的短周期脉冲辐射是其基本特征。 以上内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布 求助编辑百科名片 拖长尾巴的脉冲星 脉冲星，就是变星的一种。脉冲星是在1967年首次被发现的。当时，还是一名女研究生的贝尔，发现狐狸星座有一颗星发出一种周期性的电波。经过仔细分析，科学家认为这是一种未知的天体。因为这种星体不断地发出电磁脉冲信号，人们就把它命名为脉冲星。 中文名：脉冲星 拼音：mai chong xing 实质：变星的一种发现时间：1967年 名称由来： 不断地发出电磁脉冲信 号 目录 定义 脉冲星发射射电脉冲 特性 脉冲原因 发现 15岁女生发现新脉冲星特征 毫秒脉冲星 著名的脉冲星 有关故事 发现脉冲星 最愚蠢的一脚 摇摆舞 行星 脉冲双星 双脉冲星
脉冲双星与双脉冲星 中学生发现脉冲星 研究对人类的意义 脉冲星发现者 同名电影 基本信息 剧情简介 同名游戏 基本信息 游戏简介 展开 定义 脉冲星发射射电脉冲 特性 脉冲原因 发现 15岁女生发现新脉冲星 特征 毫秒脉冲星 著名的脉冲星 有关故事 发现脉冲星 最愚蠢的一脚 摇摆舞 行星 脉冲双星 双脉冲星 脉冲双星与双脉冲星 中学生发现脉冲星 研究对人类的意义 脉冲星发现者 同名电影 基本信息 剧情简介 同名游戏 基本信息 游戏简介 展开 编辑本段定义 脉冲星（Pulsar），又称波霎，是中子星的一种，为会周期性发射脉冲信号的星体，直径大多为20千米左右，自转极快。
脉冲星 脉冲星-内部结构模型图 人们最早认为恒星是永远不变的。而大多数恒星的变化过程是如此的漫长，人们也根本觉察不到。然而，并不是所有的恒星都那么平静。后来人们发现，有些恒星也很“调皮”，变化多端。于是，就给那些喜欢变化的恒星起了个专门的名字，叫“变星”。 脉冲星发射的射电脉冲的周期性非常有规律。一开始，人们对此很困惑，甚至曾想到这可能是外星人在向我们发电报联系。据说，第一颗脉冲星就曾被叫做“小绿人一号”。 经过几位天文学家一年的努力，终于证实，脉冲星就是正在快速自转的中子星。而且，正是由于它的快速自转而发出射电脉冲。 脉冲星的组成粒子-模型图 蟹状星云脉冲星的X射线/可见光波段合成图像。 正如地球有磁场一样，恒星也有磁场；也正如地球在自转一样，恒星也都在自转着；还
八年级物理第五章单元检测题（八） 学校班级姓名学号 一、选择题（把你认为正确的答案序号填写在题后的括号内，第1－12小题只有一个正确答案，每小题2分；第13、14小题，每小题有二个或二个以上正确答案，每小题3分，全部选择正确得4分， 1. 关于分子,下列说法中正确的是（） A.分子非常小,它的直径只有十分之几纳米 B.分子非常小,它的直径只有几纳米 C.分子很小,必须用电子显微镜才能观察 D.分子虽小,但用一般的显微镜也能看到 2. 原子核是由什么组成的（） A. 质子和电子 B. 中子和电子 C. 质子和中子 D. 原子和分子 3. 提出原子的核式结构模型的科学家是（） A. 牛顿 B. 卢瑟福 C. 居里夫人 D. 伦琴 4. 下列关于电子的说法,错误的是（） A.电子是科学家用真空管进行放电时发现的 B.电子是目前自然界最小的带电体 C. 6.25×1018个电子所带的电量是1C D.质子和电子间的相互作用主要是核力 5.将太阳系由大到小的排列,正确的是（） A.总星系、银河系、太阳系、地月系 B.太阳系、银河系、总星系、地月系 C.银河系、太阳系、总星系、地月系 D.太阳系、银河系、地月系、总星系 6．有关“黑洞”的说法，错误的是（） A．“黑洞”是一种密度极大的天体 B．“黑洞”是恒星在衰亡过程中发生爆炸后留下的 C．“黑洞”的引力极强，任何物质都不能从该处逃逸 D．“黑洞”只是科幻小说中的一种物体，实际不存在 7．下列说法中正确的是（） A．空气中细小的灰尘就是分子 B．大雾天，我们看到空气中许多极小的水珠就是一个个水分子 C．把一块铜锉成极细的铜屑就是铜分子 D．由于分子非常小，人们无法直接用肉眼进行观察 8．关于分子间的作用力，下面说法中正确的是（） A．只有引力 B. 只有斥力 C．既有引力又有斥力 D. 既有引力又有斥力且引力大于斥力 9．就目前所知的自然界中最小的带电体是（）
PULSAR脉冲星单筒数码夜视仪860RT＃78093详细介绍 说明 全文介绍：数码夜视仪作为全新的高科技夜视设备，已经在我们当今社会各行业得到了广泛应用。本文根据作者亲身购买体验，对比了目前市场上主流的两款单筒数码夜视仪：PULSAR 脉冲星860RT和ORPHA奥尔法CS-8。 户外拍照摄影是我的个人爱好，平时车的后备箱里必备各种摄影装备。车开到哪里发现美景及时记录下来，相信这种感受和我同样爱好的人必有体会。白天拍摄还好，只是夜间拍摄的话是非常困难的事情。相机或者摄像机的红外夜视距离太短，无法将远距离的目标拍摄下来。 于是花了很长的时间来解决这个问题。最近在网上搜了一下，发现一种非常好的设备，数码夜视仪。数码夜视仪可以说是夜视仪和相机的结合体。既可以夜间观看用，又能将观看到的影像拍摄记录下来。户外夜间拍摄，带着这种设备，可谓一举多得。 下面我把我这段时间对于数码夜视仪的知识分享给大家，提供给需要这类仪器的人考虑。具体情况如下。 一、数码夜视仪的基本知识 1、数码夜视仪的分类 数码夜视仪从分类上看，可以非为单目单筒数码夜视仪和双目双筒数码夜视仪。从观看使用的舒适度来说，双目双筒数码夜视仪更加适合。但是从便携性的角度来说，单目单筒的数码夜视仪更加小巧轻便，更适合户外使用。 2、数码夜视仪的品牌 国外专业数码夜视仪品牌并不是很多，国际一线品牌只有美国ORPHA奥尔法和俄罗斯PULSAR脉冲星，虽然同属高端夜视仪品牌，但是性能效果却大不相同。另外国内还有
一些双目双筒的夜视仪品牌，从网上查阅对比后发现这些小品牌相对与国际一线品牌在价格方面确实便宜不少，不过查看真实买家评论及网友留言后得知，这类小品牌大部分都是属于线上品牌，而且产品反应效果差，容易坏，后期维护困难重重。所以我决定还是购买大品牌的数码夜视仪，毕竟也属于电子产品，质量效果和售后都有保障。 所以我详细了解了美国ORPHA奥尔法和俄罗斯PULSAR脉冲星这两个品牌。这两个品牌都是国际光学产品的一线品牌，但是产品的侧重点不同的。PULSAR脉冲星夜视仪产品大都是侧重于民用市场上，ORPHA奥尔法则是更多侧重于2代+，准3代，4代，4代+级别的军用夜视仪产品上。两个品牌在数码夜视仪领域都几乎是同时研发生产，不过目前来说奥尔法数码夜视仪产品的级别更高一些，已经研发出了第三代和第四代数码夜视仪，脉冲星目前只有第二代数码夜视仪。但从这点来说，选择一个产品线更齐全的品牌更有保障一些。 但是无论怎样，两者都是非常知名的品牌，所以我觉得两家的数码夜视仪都应该看看。 3、数码夜视仪的主要参数 我对于这类产品不是特别了解，下面也只是从我简单的理解来说。 数码夜视仪比较重要的参数体现在数码变倍范围、拍照图片分辨率、视频拍摄分辨率、支持内存卡大小这四个方面上。通过对比发现，奥尔法品牌的数码夜视仪CS-8的拍摄视频的分辨率在1920X1080，拍照分辨率在2048X1536，变倍倍率范围在5-20倍，存储卡支持4G-64G多种大小；脉冲星视频分辨率是640x480，拍照分辨率是1280х960，倍率范围是6.5-13倍，支持仅8G内存。为什么我更在意这四个方面的参数呢，因为这些是我最最需要的，选择高配置的仪器，保障影像资料的高清，同时支持长时间录像拍照，也是我选购数码夜视仪的标准。 更令广大用户关注的是工作待机时长，视频输出格式，至于其他扩展功能方面当然是多
δ介子对中子星质量半径关系理论计算 理论框架 1.1 相对论平均场理论 宇宙中存在四大基本自然力，按作用强度效果排列为：强力、弱力、电磁力、万有引力。强力主要是原子核核子间的作用力、组成核子的夸克等一些相关的力，作用力程很短，对原子核的结构和性质其决定性作用。虽然强力的理论基础为量子色动力学（QCD），但是直接从QCD理论出发来求解核物质问题目前还无法做到，所以人们开始从有效理论出发来解决核物质难题。相对论平均场就是人们提出的理论模型之一，它基于QCD理论并将其发展，形成了处理中子星等核物质星体的有效理论。 1.1.1 相对论平均场理论的形成 1935年Yukawa提出的介子交换假设：核子之间是通过交换带有质量的玻色子（介子）而发生相互作用的。基于此理论假设，1974年Walecka等人在研究高密物质问题时提出了Walecka模型，从而创立了相对论平均场理论（RMF），大大简化了场论运算。在以后的不断发展中，为了更好地解释核物质及原子核问题，相对论平均场不断发展，提出了一系列改进的模型，成为最成功的微观理论模型之一。下文对最早提出的Walecka模型做简单介绍。 1.1.2线性Walecka模型 Walecka-Ⅰ模型即线性Walecka模型，该模型是由核子、标量介子σ和矢量介子ω构成的唯象的相对论核物理模型。核子通过交换标量介子σ实现中程吸引作用，交换矢量介子ω来实现短程排斥作用，并且引进了介子场的期待值来代替介子场算符的平均场近似。该模型的拉格朗日密度为： ψ =
式中，是核子场，和分别为标量介子场和矢量介子场，的张量为，该模型由两个耦合常数和,它们随密度的变化而变化。 其中，介子场模拟的核力吸引势部分为: ω介子场模拟的核力排斥部分为： 核物质及有限核能过饱和是因为吸引势与排斥势竞争平衡的结果： 在平均场近似下（MFA），Waleck-Ⅰ模型可以比较好的给出中子星的质量和半径，最大质量，半径,中心密度。天文观测得到的数据为：质量,半径。 由于Walecka-Ⅰ模型中没有包含ρ介子的作用，导致在算质子、中子不相等的有限核时的结果不好，不能给出符合实验观测的结果。在以后的发展中，改进的被不断提出，如Walecka-Ⅱ模型，非线性Walecka模型，微分标量耦合模型（DSC），标量场与核子场的二次耦合模型，密度相关模型（DDRMF）等。 1.2密度依赖的RMF模型 本文所选用的相对论平均场模型是RMF模型，在RMF模型中引入了δ介子的影响，其拉氏密度为：
写在前面的话： 本文档选择题默认A对B错。 建议使用查找功能 实际网页测试中选项顺序可能会变，要注意 第一章和第二章由于没能及时存，所以内容不全 第一章 1 单选(2分) ( )较正确地反映了太阳系的实际，为以后开普勒总结出行星运动定律，伽利略、牛 顿建立经典力学体系铺平了道路，从根本上动摇了“人类中心论”的神话。 得分/总分 ? A. 托勒密的地心说 ? B. 哥白尼的日心说 正确答案 ? C. 银河的系发现 ? D. 广阔恒星世界的发现 2 单选(2分) 18-19世纪中期，（）兄妹及父子，通过数遍天上星星等大量观测事实提出“银河是一个星系”的观点，第一次为人类确定了银河系的盘状旋臂结构，把人类的视野从太阳系伸展 到10万光年之遥，树立了继哥白尼以后开拓宇宙视野的第二个里程碑。 得分/总分 ? A. 伽利略 ? B. 哈雷 ?
C. 威廉·赫歇尔 正确答案 ? D. 哈勃 3 单选(2分) 1718年，（）将自己的观测数据同1000多年前托勒玫（Claudius Ptolemaeus，约90-168）时代的天文观测结果相比较，发现有几颗恒星的位置已有了明显变化，首次指出所 谓恒星不动的观念是错误的。 得分/总分 ? A. 哈雷 正确答案 ? B. 哈勃 ? C. 斯特鲁维 ? D. 勒维特 第二章
? C. 100亿年 ? D. 120亿年 2 单选(2分) 根据目前的观测与对哈勃常数的计算，宇宙的年龄大约（）。 得分/总分 ? A. 137亿年 正确答案 ? B. 150亿年 ? C. 180亿年 ? D. 200亿年 3 单选(2分) （）给出，宇宙物质产生后氢和氦的质量丰度比约为75/25，这一比值一直保持下来。 今天实测的氢、氦丰度和这一理论值完全相符。 得分/总分 ? A. 宇宙大爆炸理论 正确答案 ? B. 广义相对论 ? C.
1974年诺贝尔物理学奖——射电天文学的先驱性工作 1974年诺贝尔物理学奖授予英国剑桥大学的赖尔（Martin Ryle，1918—1984）和休伊什（Antony Hewish，1924—），以表彰他们在射电天文学方面的先驱性工作，赖尔获奖是由于他的观测和发明，特别是综合孔径技术的发明；休伊什则是由于他在发现脉冲星所起的决定性作用。 赖尔1918年9月27日生于英格兰萨塞克斯郡的布莱顿，父亲是皇家陆军卫生队的少校，英国著名的医生，赖尔受他的影响，小时候喜欢独自思考，善于动手，学过木工手艺，长大后参加制造帆船和航海活动。在中学时代，他对无线电非常感兴趣，自己动手制造发射机，参加业余无线电爱好者活动站。1936年赖尔进人牛津大学基督教会学院学习物理。1939年，他一毕业就被拉特克列夫（Ratcliffe）教授招到卡文迪什实验室的电离层无线电研究小组，准备攻读博士学位。在卡文迪什实验室，他开始接触到雷达天线的工作，在50cm波长上对CH雷达天线的方向图进行模拟测试，还进行了当时新式的八木天线的设计。 赖尔的祖父是一位业余天文爱好者，拥有一架3.5英寸的折光望远镜。有一则故事说，赖尔小时曾因思考广袤空间为什么能永恒存在而夜不入寐。可见他很小就对天文学有特殊的爱好。 赖尔的无线电专长在第二次世界大战期间立下了汗马功劳。他曾应征加入英国空军部研究所，后转电讯研究所，先是从事波长1.5m机载拦截雷达天线系统的研制，并发展了机载定向天线。他还参与用于鉴别敌我飞机的机载雷达应答器的研制。1941年初，赖尔负责一个小组，研制厘米波雷达的测试设备，制造了原型的厘米波信号发生器、波长计、功率计和脉冲监视器。 1942年赖尔曾参与研制对付德军专门监视英国飞机的预警雷达系统的机载干扰发射机，以及对付德军机载通讯系统的干扰发射机。赖尔设计了一种非常有效的机载预警接收机，帮助轰炸机及早躲避敌机的拦截雷达的追踪。 1944年，赖尔和他的小组参加了一个复杂的电子欺骗行动，以掩护盟军在诺曼底登陆，他们设计了应答器，模拟舰队的回波雷达信号。这个行动因此获得了成功。 赖尔还发现德国初期V2火箭的制导是靠地面发射信号来控制火箭最后飞行速度和熄火时刻的秘密，发射信号是隐没在宽带的一大堆混淆信号中的一对频率。于是设计了一种新型接收机，搜索这对频率，用机载的大功率干扰发射机进行干扰，从而达到了破坏V2火箭命中率的目的。 第二次世界大战结束后，赖尔回到剑桥大学卡文迪什实验室并接受拉特克列夫的建议从事射电天文学的开创性研究。这是一个尚未开发的新领域，很有挑战性。当时赖尔有发展各种新技术和新设备、从而作出新发现的条件。早在1930年美国贝尔电话实验室的央斯基（K.G.Jansky）就发现了银河发射的无线电波。
第二章射电天文望远镜（August 30, 2012 Already Viewed）与光学望远镜400年的历史相比，射电望远镜仅有七十多年，但很快就步入了鼎盛时期。20世纪60年代射电天文学的“四大发现”，即脉冲星、星际分子、微波背景辐射和类星体的发现成为20世纪中最为耀眼的天文学成就。在1967年发现脉冲星时，已有好几台大型射电望远镜具备很强的观测脉冲星能力，很快就转入脉冲星的观测研究。我国在1990年开始进行脉冲星的观测实验，1996年获得成功，目前仅有新疆天文台25米射电望远镜系统地开展脉冲星的观测研究。从21世纪开始，我国加快了射电望远镜发展的步伐，正在建造或筹建的几台大型射电望远镜，建成后将大大提高脉冲星的观测能力。 2.1脉冲星信息的主要特点和射电望远镜的基本结构 射电望远镜是脉冲星观测发现和研究的最重要也是不可或缺的观测设备。射电脉冲星天文学的发展很快，得利于射电望远镜技术的蓬勃发展。 2.1.1 地球大气窗口和射电望远镜的分类 天体的辐射常常包括从射电、光学、X射线和伽玛射线整个电磁波谱。但是地球大气只有两个窗口，允许可见光和无线电波段通过。由于大气中有水汽, 氧和臭氧的吸收带，对毫米波和亚毫米波段而言，只是部分透明。对于红外、紫外、X射线和伽玛射线的能量被大气全部吸收，必须把探测设备放入太空轨道才能观测。如图1.1所示。 图1.1 地球大气辐射窗口：允许可见光和射电辐射通过
大气射电窗比可见光窗宽得多，可见光窗的带宽?ν/ν只等于2，一架光学望远镜能观测整个光学波段的辐射。射电窗口的带宽?ν/ν则高达5个数量级，一台射电望远镜不能观测整个射电波段的辐射，一台射电望远镜只能接收一定波段的射电辐射，实际上是很好的单色仪。按波段把射电望远镜分为米波（λ > 1m）、分米波（10cm ? 1m）、厘米波（1cm ?10 cm）、毫米波（1mm ? 1cm）和亚毫米波（1mm ? 0.35mm）射电望远镜。无线电通讯也使用这些波段，而且历史比射电天文悠久，因此射电天文常借用无线电工程中的术语，把微波段（0.7cm ? 30cm）大致分成8个波段，常用波段代码所示。如表×所示： 表1.1 波段代码和它代表的频率和波长 频率范围（GHz）近似波长（cm）波段代码 0.30-0.34 90 P 1.24-1.70 20 L 2.65- 3.35 13 S 4.6- 5.0 6 C 8.1-8.8 3.6 X 14.6-15.3 2 U 22.0-24.0 1.3 K 40.0-50.0 0.7 Q 脉冲星辐射是幂率谱，谱指数在1.5-2的范围。因此脉冲星的低频比较强，随着频率的增加，脉冲星的流量密度下降很快。早期的脉冲星观测大都利用低频观测，如发现脉冲星是81MHz的观测，后继的观测所用的频段高一些，如408MHz、610MHz、930MHz。当前，比较流行的观测频率则是1420MHz、1500MHz、1950MHz等比较高的频段。脉冲星观测主要波段在米波和分米波段。也就是说脉冲星的观测基本上就用P、L和S波段。 2.1.2 射电脉冲星信息的主要特点 与天体物理学其他领域的研究相同，脉冲星是遥远的天体，只能通过接收电磁辐射来研究它们的性质。目前发现的脉冲星约2000颗，主要是存在银河系中，但在近邻星系大小麦
脉冲星的发现与意义 1968年在蟹状星云中发现的一颗脉冲星是人类天文观测上的有一次进步，它的发现对天文学具有深刻影响 脉冲星是中子星的一种，为会周期性发射脉冲信号的星体 人们最早认为恒星是永远不变的。而大多数恒星的变化过程是如此的漫长，人们也根本觉察不到。然而，并不是所有的恒星都那么平静。后来人们发现，有些恒星也很“调皮”，变化多端。于是，就给那些喜欢变化的恒星起了个专门的名字，叫“变星”。 脉冲星发射的射电脉冲的周期性非常有规律。一开始，人们对此很困惑，甚至曾想到这可能是外星人在向我们联系。据说，第一颗脉冲星就曾被叫做“小绿人一号”。 经过几位天文学家一年的努力，终于证实，脉冲星就是正在快速自转的中子星。而且，正是由于它的快速自转而发出射电脉冲。 直到脉冲星被发现后，经过计算，它的脉冲强度和频率只有像中子星那样体积小、密度大、质量大的星体才能达到。这样，中子星才真正由假说成为事实。这真是本世纪天文学上的一件大事。因此，脉冲星的发现，被称为二十世纪六十年代的四大天文学重要发现之一。 脉冲星是20世纪60年代天文的四大发现之一。至今，脉冲星已被我们找到了不少于1620多颗，并且已得知它们就是高速自转着的中子星这颗高速自旋的脉冲星证明了30年代对中子星的预言，肯定了一种恒星演化理论这是第一个被观测到的自转周期变长的中子星她的发现对人类天文观测具有深刻意义。
接下来我们来探索一下什么是超新星，当恒星爆发时的绝对光度超过太阳光度的100亿倍、中心温度可达100亿摄氏度，新星爆发时光度的10万倍时，就被天文学家称为超新星爆发了。 一颗超新星在爆发时输出的能量可高达(10)^43焦，这几乎相当于我们的太阳在它长达100亿年的主序星阶段输出能量的总和。超新星爆发时，抛射物质的速度可达10000千米/秒，光度最大时超新星的直径可大到相当于太阳系的直径。1970年观测到的一颗超新星，在爆发后的30天中直径以5000千米/秒的速度膨胀，最大时达到3倍太阳系直径。在这之后直径又开始收缩。 根据现在的认识，超新星爆发事件就是一颗大质量恒星的“暴死”。对于大质量的恒星，如质量相当于太阳质量的8~20倍的恒星，由于质量的巨大，在它们演化的后期，星核和星壳彻底分离的时候，往往要伴随着一次超级规模的大爆炸。这种爆炸就是超新星爆发。现已证明，1572年和1604年的新星都属于超新星。在银河系和许多河外星系中都已经观测到了超新星，总数达到数百颗。可是在历史上，人们用肉眼直接观测到并记录下来的超新星，却只有6颗。 天文学家把超新星分为两种类型。两种类型的超新星在爆发时的光变曲线形状很不相同。Ⅰ型光变曲线的峰值很“锐”，绝对峰值光度约为太阳光度的100亿倍，爆发后变暗时速度缓慢；Ⅱ型光变曲线的峰值稍“钝”一些，绝对峰值光度约为太阳光度的10亿倍，爆发后很快变暗。 两类超新星的光谱也很不相同。 超新星产生的冲击波携带着星壳物质冲向更远处的星际介质，物质间的碰撞“点亮”了原有的和新形成的星际介质，使它们发出光芒。这就是我们在夜空中观测到的超新星遗迹。其中著名的一个是在天鹅座中的圈状星云。