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2,000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 Telescope，LFRT）：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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2.2 休伊什的“直觉”：这不是噪声，是天体

当贝尔把结果拿给休伊什时，休伊什没有像其他人那样否定，反而兴奋起来：“这不是干扰，这是天体的信号！”

他的理由很简单：

信号的周期性太规则了——人造卫星的轨道周期是几分钟，不可能这么短；

信号的稳定性太高了——持续了几周都没有变化，不可能是电离层的随机波动；

信号的方向性——它们来自天空的不同区域，说明是宇宙中的天体在发射。

休伊什给这种未知天体起了个名字：“LGM-1”（Little Green Men，小绿人）——开玩笑说，可能是外星文明的信号。但私下里，他知道，这更可能是一种未知的天体物理现象。

2.3 验证：排除所有“不可能”

为了确认信号的来源，贝尔和休伊什做了三件事：

跟踪观测：他们用望远镜持续跟踪信号源，发现信号的周期和强度都没有变化——排除了人造物体的可能；

色散测量：射电波穿过星际介质时，高频波会比低频波传播得快，导致脉冲“展宽”。通过测量色散量，他们计算出信号源的距离约2000光年——来自银河系内的恒星；

排除其他模型：他们考虑了所有已知的天体：白矮星？不可能，因为白矮星的自转周期太长（几小时到几天）；黑洞？不可能，因为黑洞不会发出射电信号；类星体？不可能，因为类星体的信号是连续的，不是脉冲。

三、脉冲星的确认：中子星的“现身”

1968年2月，休伊什和贝尔在《自然》杂志上发表论文《旋转中子星的射电脉冲》（Radio Pulses from a Rotating Neutron Star），正式宣布：他们发现了一种新型天体——脉冲星，本质是旋转的中子星。

3.1 中子星的理论基础：从“不可能”到“必须存在”

要理解脉冲星的本质，必须先回顾中子星的理论：

1931年，印度天文学家苏布拉马尼扬·钱德拉塞卡（Subrahmanyan Chandrasekhar）计算出：当恒星的质量超过1.4倍太阳质量（奥本海默-沃尔科夫极限）时，电子简并压力无法对抗引力，核心会坍缩成中子星——一种密度极高的天体（1立方厘米的质量相当于1亿吨）。

1934年，沃尔特·巴德（Walter Baade）和弗里茨·兹威基（Fritz Zwicky）提出：超新星爆发后，恒星的核心会坍缩成中子星，并释放出巨大的能量。

但在此之前，中子星只是理论上的“数学解”——没有人观测到它的存在。而脉冲星的发现，正好填补了这个空白。

3.2 脉冲星的“灯塔模型”：为什么会有周期性脉冲？

休伊什和贝尔提出的“灯塔模型”，完美解释了脉冲星的脉冲机制：

中子星的自转轴和磁轴不重合（就像地球的南北极不重合）；

中子星的磁场极强（约1012高斯，是地球磁场的101?倍），会将带电粒子加速到接近光速，从磁极附近发射出射电束；

当中子星旋转时，射电束会像“灯塔的光柱”一样扫过宇宙——如果地球刚好在射电束的路径上，我们就会看到周期性的脉冲。

这个模型不仅解释了脉冲的周期性，还解释了为什么脉冲星的周期非常稳定：中子星的自转极其规律，误差只有百万分之一秒/年。

3.3 PSR B1919+21的“身份证”：参数与特性

作为第一颗被确认的脉冲星，PSR B1919+21的参数至今仍是经典：