测量中子星的磁场
 
 
在讲解脉冲星时我们已经接受了这样的概念，就是它们的射电脉冲是

 
 
 
^① 这里指带电的宇宙物质——译者注。  
起因于磁场。对付 X 射线星，我们也只好借助于它。那么中子星的磁场从何而来呢？
 
宇宙中几乎到处都存在磁场。太阳的普遍磁场和地球磁场大致相同，只是强度约为后者的两倍，太阳黑子内的磁场则要强至千倍以上。其他的一些恒星也发现了磁场。那么我们可以有几分把握地假定，许多恒星都有磁场。
 
磁场和宇宙物质是相互结合在一起的。一个物体强度增大时，它的磁场密度就会相应增大，磁场变强。当一颗恒星的一部分形成为一颗白矮星时，由于密度大为增高，原有的弱磁场会变成强万倍的新磁场。白矮星中存在这样强的磁场，事实上已得到证实。可是，如果能把恒星物质再加强压缩，达到中子星那样的密度，那么磁场强度更要猛增；磁场强度便会增大千亿倍。这就是人们推测中子星必然具有如此强大磁场的理由，而且人们果真找到了这样的磁场！
 
1976 年 5 月 2 日，一个气球在美国帕勒斯坦升上天空，它所装载的科学测量仪器是由慕尼黑附近加尔兴的马克斯·普朗克地外物理研究所和蒂宾根大学一个小组研制的。
 
约阿希姆·特吕姆佩所领导的小组已经在 X 射线研究方面积累了一定的经验，那时他们的主要任务是检验一种新探测器在实际使用中的功能。这台接收设备能测到比乌呼鲁卫星探测器所收集的能量更高的 X 射线。X射线和光波一样，也是波长愈短，每个辐射量子的能量就愈大。计量 X 射线量子的能量最常用的单位是千电子伏（keV）。乌呼鲁卫星接收设备所“看到”的范围是从 2 到 10keV，而新接收装置能测到量子能量高于 30keV 的辐射。1976 年春天进行了一次高空观测，对象是武仙 X—1，其研究的是高能量辐射的强度。
 
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技术愈高级化，观测者和有关数据的直接接触也愈少。1936 年，霍夫迈斯特还能够直观地用他的望远镜去察看，估算武仙座 HZ 星的亮度，并根据自己的记录立即确定这颗星从上次观测以来是否变亮，如今是把测量数据记录在磁带上并输入计算机，为此必须编出相应的计算程序以读出磁带，进行数据处理。所以不足为奇的是，5 月份的观测直到秋天才出来处理结果。这时人们才发现，随着能量的增高而不断变弱的辐射强度却在 58keV 附近出现一处奇特的尖峰（见图 10-12）。如果不是特吕姆佩联想到早先他试图解释蟹状星云脉冲星的辐射所做的那些研究工作，也许这个问题会被搁置起来。
 
武仙 X-1 的 X 射线尖峰表明，有特大量的 X 射线量子以 58keV 的能量发射出来。我们知道，原子具有吸收以及发射波长为特定数值能量的性质。以氢原子为例，有一个电子绕着带正电的核运转（见图 10-13）。根据量子物理学，电子只能沿完全确定且可以计算的轨道运行。光线落到这  
个原子上一般不起什么作用，除非这个光量子的能量恰好等于把这个电子从一个内部轨道提升到一个外部轨道所需的能量，这时原子就吸收这个光量子。如果此后保持这个原子不受外界干扰，经过相当时间后电子就跳回到最里面的轨道上去，把过剩的能量以光量子的形式发射出来。这些量子具有完全确定的能量数值，相当于从一个轨道到另一轨道的跃迁所释放的能量大小。
 
来自武仙源的辐射在一个非常确定的能量值即 58keV 处清楚地显得特强，但是宇宙中并没有那一种足够丰富的原子以这一能量值发出辐射。特吕姆佩试图用苏联物理学家列夫·朗道（Lew Landan）所提出的一种机理来解释这种发射现象。
 
和这种解释关联的现象是，电子在磁场中会偏转到沿圆形环绕轨道运行的地步。磁场强，轨道就小。磁场异常强时，这种环绕轨道会小到可以和原子中的电子轨道相比。但这时有一条量子力学规则起作用，就是只允许存在定值轨道。电子从外侧轨道跃迁到内侧轨道时发射量子，其能量精确地决定于磁场强度。特吕姆佩和他的同事认为造成武仙源 X 射线强度曲线上那个尖峰的原因就在于此。如果真是这样，那里的磁场应该比地球磁场强千亿倍以上！这样强的磁场所产生作用力之巨大，连白矮星的重力也经不住而要被撕碎，因此我们只有得出武仙源是一颗中子星的结论。
 
所以，在包含武仙源的双星中，X 射线起因于中子星。其中原来质量较大的恒星看来在某个时候爆发为超新星而留下了这颗中子星。这已经是很久以前的事了，爆炸现场早就烟消云散。当前，物质从原先质量较小并始终处在主序附近的那颗恒星流到中子星上，当它受磁场引导而撞到磁极上时就发出 X 射线。同时有一批电子在这磁场中沿着极为微小的环绕轨道运动，当它们从外轨道跃迁到内轨道时，就产生一种附加辐射而形成了那个在 58keV 处所观测到的尖峰。
 
自从发射乌呼鲁卫星以来，人们发射了好些个 X 射线卫星并成功地进行了多次气球实验。X 射线天文学的最大难题是一直没有能够制造出 X 射线照相机。X 射线不能用透镜来会聚，除非沿着几乎平行于镜面的方向射来，否则反射镜也不反射 X 光。1952 年，在基尔工作的物理学家汉斯·沃尔特（Hans Wolt－er，1911－1978），正是利用这种特性使 X 射线成像的。1978 年 11 月以来，美国航空航天局所发射的卫星装载着一架 57 厘米口径的 X 射线望远镜一直在运转着。估计能被这一仪器测知的 X 射线源有一百多万个。德国第一架口径 32 厘米沃尔特望远镜已经由一枚火箭在 1979 年 2 月成功地送上了天。