毫秒脉冲星计时和原子时
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脉冲星的科学意义脉冲星是宇宙中天然的极端物理实验室,超强引力场为广义相对论和引力波的检验提供了独特场所。
脉冲星的理论和观测研究对推动天文、天体物理、核物理、粒子物理、等离子体物理、广义相对论和引力波等领域的发展都有着非常重要的意义。
我国500米口径球面射电望远镜的建成为新型和奇特脉冲星的自主观测和发现提供了契机。
以下是小编为你整理的脉冲星的科学意义,希望能帮到你。
脉冲星的重大发现世界上公认的脉冲星发现者是贝尔女士(J. Bell),当时她是英国剑桥大学的博士研究生。
1967年夏天,在无意搜索射电望远镜天线的数据带时,她注意到奇怪的周期信号——每隔1.33秒一次流量变化,后经仔细认证,认定这是天体信号,来自后被称为“脉冲星”的天体,即物理学家曾经预言的超级致密的中子星[1]。
经过50年的研究,已知道脉冲星是一种极端致密的天体,由8~25倍太阳质量的恒星演化到末期发生的超新星爆发而形成,中心物质大约为一个太阳质量,物质密度是1014~1015克·厘米-3,相当于水密度的千万亿倍。
脉冲星的辐射来自其强大磁场的极冠区,每当中子星极冠转到地球视线方向,就会发出信号。
中子星半径约在10 千米,自旋很快,其中射电脉冲星旋转周期在1.4 毫秒~8.5秒之间。
中子星的物质结构由内向外可以分为内核、外核、内壳层、外壳层、大气层。
内核厚度为几千米,密度大于1014克·厘米-3,主要成分尚未明确。
外核是包含中子、质子、电子的混合物,内壳层主要物质为电子、自由中子和原子核,外壳层约为几百米,从大气层底部延伸到密度约为1011克·厘米-3的位置,其主要成分是离子和电子。
最外部大气层很薄,为几厘米,这是脉冲星电磁辐射和热辐射的主要区域。
天文学家可通过射电、光学、X射线、γ射线等波段的望远镜探测脉冲星。
目前观测发现了2700颗脉冲星,其中大部分是孤立的,仅有200多颗存在于双星系统中。
脉冲星种类繁多,根据辐射能段的不同分为射电脉冲星、X射线脉冲星和γ射线脉冲星等;根据有无伴星可以分为脉冲星双星和孤立脉冲星;根据演化历史和自转周期的大小,可以分为常规脉冲星和毫秒脉冲星;根据供能机制的不同可以分为旋转供能脉冲星、吸积供能脉冲星、热供能脉冲星、磁供能脉冲星、核供能脉冲星等。
PSR J1016-5857的周期跃变分析周世奇;张洁;袁建平;冯中文;唐棋;朱晓丹【摘要】利用澳大利亚的64 m帕克斯射电望远镜对PSR J1016-5857长达8.84 yr的计时数据,采用脉冲星计时方法,通过国际公认的tempo2模型拟合程序来分析,结果表明PSR J1016-5857发生了两次大幅度的周期跃变:2009年7月18日(MJD_55030.13)发生了一次周期跃变,周期跃变的大小为Δv g/v~1912.5(2)×10-9并伴随着τd~21.2 d的指数恢复过程,恢复系数Q~0.022和2013年8月29日(MJD_56533)发生了一次Δv g/v~1460(2)×10-9的周期跃变.同时结合PSR J1016-5857发生的三次周期跃变事件,计算中子星外壳中的所含中子超流的转动惯量与整颗星转动惯量之比I n/I~1.92%,验证了超流涡丝模型理论.【期刊名称】《西华师范大学学报(自然科学版)》【年(卷),期】2018(039)001【总页数】4页(P78-81)【关键词】脉冲星;脉冲星计时;周期跃变;J1016-5857【作者】周世奇;张洁;袁建平;冯中文;唐棋;朱晓丹【作者单位】西华师范大学物理与空间科学学院,四川南充 637009;中国科学院新疆天文台,新疆乌鲁木齐 830001;中国科学院大学天文与空间科学学院,北京100049;西华师范大学物理与空间科学学院,四川南充 637009;中国科学院新疆天文台,新疆乌鲁木齐 830001;西华师范大学物理与空间科学学院,四川南充637009;西华师范大学物理与空间科学学院,四川南充 637009;西华师范大学物理与空间科学学院,四川南充 637009【正文语种】中文【中图分类】P161.10 引言脉冲星是一种自转快而稳定的中子星。
理论认为脉冲星的自转会损失自转能,逐渐导致自转减慢。
长时间的计时观测发现脉冲星的自转减慢率dP/dt通常在10-13~10-20 s.s-1之间[1],因此认为脉冲星的自转仍然是相当稳定的。
宇宙中最精确的时钟:毫秒脉冲星的发现历程/邮件群发中子星物质的密度十分惊人,仅仅大约一汤匙的中子星物质,其质量就将超过1万亿公斤,这几乎相当于地球上所有人类体重的总和脉冲星属于中子星的一类,它们是大质量恒星死亡之后留下的残骸在此之前,库卡尼刚刚发现了自己的第一颗脉冲星,这颗脉冲星的自转速度极快——大约每1.5毫秒就自转一周,这在当时比任何已知的天体自转还要快上大约20倍。
这一年,库卡尼还只是一名研究生,在他的脑海里,这样高速的自转除了有些令人惊讶之外并没有其他特别的意义。
他想,这只是一颗自转有些快的脉冲星而已。
他打电话给自己的项目导师,已故的加州大学伯克利分校著名天文学家唐·贝克(Don Backer)并报告了相关情况。
多年之后,他回忆起当时通话时的情景:“那是一段漫长的沉默。
”或许是因为贝克教授意识到了这条消息背后的重大意义。
很快,贝克教授提醒库卡尼他眼前的这项发现所隐含的意义:这是一个正以每秒641圈的速度高速旋转的天体。
今天的库卡尼已经是美国加州理工学院的一名天文学家,他说:“当时有很多人认为在这样的高速旋转下,脉冲星应该会分崩离析。
”库卡尼发现的脉冲星PSR B1937+21一直保持着自转速度最快天体的记录直到2006年。
就在这一年,杰森·赫塞尔斯发现了一颗编号为Terzan 5ad的脉冲星,这是一颗非常暗弱的脉冲星,但其自转速度高达每秒716圈美国天体物理学家罗素·哈尔斯。
他与另一位美国科学家约瑟夫·泰勒一起,在1974年发现了一对正在相互绕转并逐渐彼此接近的脉冲星脉冲星很小,直径一般和一座小型城市相当(大约20公里左右),而当时的一般观点认为,如果它的自转达到这样的高速,那么强大的离心力将会把它自己撕成碎片。
但此次库卡尼的发现用事实打破了这种预言。
这项发现将不仅改变库卡尼的职业生涯,也将彻底改变整个脉冲星科学研究领域。
这颗脉冲星编号为PSR B1937+21,它成为了一类最新划出的类型——毫秒脉冲星中的第一颗成员。
原子钟的基本原理及应用1.原子钟的概念原子钟,是一种利用原子、分子能级差为基准信号来校准晶体振荡器或激光器频率,以使其输出标准频率信号的一种装置。
它利用原子能级跃迁产生的光信号,通过光电转化、信号处理后获得用来修正晶振或激光器频率的负反馈纠偏信号,使其输出稳恒振荡频率,这种输出频率可以用来精确计量时间。
根据采用的原子种类和技术手段的不同,原子钟可以分为很多种。
因为特定原子能级之间的能极差是很稳定的,所以原子钟的准确度很高,可以达到千万年仅差一秒或者更高的水平。
2.几种常见的原子钟随着物理学技术的发展,特别是与原子钟技术有关的原子、分子和光学物理方面的进步,极大地促进了原子钟技术的发展,人们研制出了不同种类的原子钟。
现代原子钟所采用的许多技术都与脉泽、激光以及后来的激光光谱学新领域的发展密不可分。
这些技术的发展导致原子和离子的激光冷却和囚禁技术的产生,很多新型原子钟也应运而生。
2.1冷原子喷泉钟冷原子喷泉钟主要有铯原子喷泉钟和铷原子喷泉钟两种,它们的工作原理相同,结构也大同小异。
喷泉原子钟工作时,冷原子云在电磁场以及重力的作用下沿喷泉管上下运动,以完成原子能级变化的检测,就像喷泉一样,所以取了一个形象的名字—喷泉钟。
2.2原子光钟原子光钟是一种作为参考标准的原子能级跃迁频率处于光频波段的原子钟。
原子光钟的工作原理与微波原子钟相似,除了跃迁频段不同之外,其频率发生器是稳频激光器而不是微波原子钟的晶体振荡器。
原子光钟用稳频激光器的脉冲去探测被激光冷却的工作物质(原子或离子),激励被冷却的工作物质发生跃迁,使用一个声光调制器(AOM)调节探测激光的频率,使它接近原子的共振频率,跃迁信息通过光电倍增管来检测,以原子跃迁产生的信号作为参考信号,并通过声光调制器和伺服系统调制探测激光的频率,使其锁定到原子的共振中心频率。
因为光频率比微波频率高大约5个量级,激光冷却可以把元素样品冷却到μK 量级的低温,从而使谱线具有很高的Q值,所以原子光钟可以达到很高的准确度和稳定度,频率稳定度可以达到10-17甚至10-18量级。
毫秒脉冲星millisecond pulsar 毫秒脉冲星天文学术语。
每秒旋转上百次的脉冲星,通常有一颗正常的伴星,并从伴星得到物质。
中文名毫秒脉冲星外文名millisecond pulsar属性天文学术语曾被称为反覆脉冲星1基本信息2速度限制1基本信息毫秒脉冲星(MSP),曾经被称为"反覆脉冲星",是自转周期在1-10毫秒范围内的脉冲星,他目前仅能在微波或X射线的电磁波频谱的波段上被观察到。
毫秒脉冲星的起源依然有些神秘,主导的理论认为它们原本是周期较长的脉冲星,经由吸积的延长或回复。
基于这个理由,低质量X射线双星系特别受到关注,它们被认为是正在回复过程中的脉冲星。
像这一类散发出X射线的脉冲星被认为是正在被加速的阶段,活跃性正在增加中。
它们可能是正在吸收由伴星的洛希瓣溢出的角动量,使自转的速度增加至每秒钟数百转,而被加速的中子星。
已经被加速了的毫秒脉冲星,散发出的电磁波频谱是在长波长的部分。
许多毫秒脉冲星是在球状星团内被发现的,因为在这些系统内极端高的恒星密度有利于创造能引起双星之间质量交换的环境,让自转的中子星经由交互作用降低周期成为毫秒脉冲星。
目前在球状星团内发现的毫秒脉冲星大约有130颗,单单在Terzan 5中就有33颗,然后是杜鹃座47有22颗,M28和M15各有8颗。
2速度限制第一颗毫秒脉冲星,PSR B1937+21,在1982年被发现,转速为每秒641转,它的辐射落在无线电的波段上,但他拥有转速最快中子星的头衔只有大约180天。
在2005年发现的PSR J1748-2446ad,是迄今(2006年)所知,转速最快的中子星,每秒钟转716次。
以目前中子星结构和演变的理论,预言脉冲星旋转速度的极限如下:它们的自转不能超过每秒1,500转,超过了可能会分裂开来;另外,在达到这种高速自转之前,会辐射出重力波,在被进一步加速前抑制转速的提高。
实际上,转速似乎已经被抑制在每秒1,000转之内(对应于周期1毫秒的时间)。
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”。
时间的定义及测量方法一、时间的定义时间是一个物理量,用于衡量事件发生的顺序和持续的间隔。
在日常生活中,时间用来描述过去、现在和将来发生的事情。
从物理学角度来说,时间是均匀流逝的,具有不可逆性。
二、时间的单位国际单位制(SI)中,时间的基本单位是秒(s)。
此外,还有以下常用的时间单位:1.毫秒(ms):1毫秒 = 0.001秒2.微秒(μs):1微秒 = 0.000001秒3.纳秒(ns):1纳秒 = 0.000000001秒4.小时(h):1小时 = 3600秒5.分钟(min):1分钟 = 60秒6.小时(d):1天 = 24小时三、时间的测量方法1.太阳历:以地球绕太阳公转的时间为基础,一年有365天。
为了弥补因人为历法规定造成的与实际太阳年之间的差值,每四年增加一个闰年(2月29日),每百年不增加闰年,每四百年再增加一个闰年。
2.阴阳历:结合太阳历和月亮阴晴圆缺的周期,是我国传统的农历。
一个农历年有12个月,大约354或355天,比太阳历年少11天左右。
为了调整两者的差异,农历中采用闰月的方法。
3.原子钟:利用原子吸收或发射光波的特性,精确测量时间。
原子钟是目前世界上最精确的时间测量工具,被广泛应用于科学研究、导航、通信等领域。
4.电子表:利用电子技术测量时间,分为数字电子表和液晶电子表。
电子表具有体积小、重量轻、精度高等特点,在日常生活中得到广泛应用。
5.停表:一种实验室常用的计时仪器,通过测量液体在一定温度下的流动时间来计算时间。
四、时间的计算1.时间换算:根据不同时间单位之间的换算关系,将所需时间进行换算。
例如:将1小时换算为分钟,1小时 = 60分钟。
2.时效计算:根据工作效率和时间的关系,计算完成某项工作所需的时间。
例如:工作效率 = 工作量 / 工作时间,工作时间 = 工作量 / 工作效率。
3.平均速度计算:根据路程和时间的关系,计算物体在某段时间内的平均速度。
例如:平均速度 = 路程 / 时间。
关于原子时、SI及国际计量变革,你应该知道什么是原子时人们对自然界的认识一直与自然现象紧密相关,时间也不例外。
自古以来,人们就使用春夏秋冬的四季轮回来定义“年”;太阳的东升西落来定义“日”;一日又分为十二个时辰,我国在北宋时开始将每个时辰分为“初”、“正”两部分,分十二时辰为二十四,称“小时”。
直到20世纪六十年代,时间的基本单位——“秒”一直被定义为一个平太阳日的1/86400,也就是人们通常说的天文秒。
以天文秒为基本单位建立的时标就是世界时。
1956年10月,国际计量委员会(CIPM)采纳了新的秒定义:秒是指1900年1月0时(12小时历书时)的回归年的1/31556925.9747。
然而,长期的天文观测发现,地球的自转和公转运动的周期不是恒定不变的,一天的时间在每个世纪变长了1.7ms。
19世纪初,随着物理学的快速发展,特别是量子物理学的建立,物理学家们认识到:原子内电子能级间的特征跃迁频率,具有比天文现象高得多的稳定度,更适合于作为频率标准/时间标准。
科学家们用当时尽可能准确的天文秒长作“尺子”,尽可能准确地测量133Cs原子相应能级间的跃迁周期数。
在1个天文秒里,他们数出铯原子的133同位素“振动”了9192631770次。
1952年,全球第一台原子钟在英国面世。
其后,更多先进的原子钟在美、法等国问世。
鉴于原子钟卓越的准确度和稳定性,1967年第13届国际计量大会(CGPM)重新定义了“秒”——用铯133Cs原子基态两个超精细能级间的跃迁频率替代了原有基于地球公转和自转的秒。
这标志着原子时的诞生,宣告着一个以量子定义时间的新时代正式到来。
从此,原子时取代了天文时,人类测量时间不再依靠观星星测太阳了,实验室型铯原子基准钟成为复现秒定义的手段。
今天,全球最好的铯原子喷泉钟不确定度已经达到了10-16量级,比地球运动的稳定性高8个数量级,相当于几亿年不差一秒。
秒是基本单位中准确度最高、应用最广、最适于远程传递的一个。