脈沖星發(fā)現(xiàn)的奇特經(jīng)歷是這樣的：1967年的一個(gè)夏日，劍橋大學(xué)射電天文臺(tái)正在進(jìn)行星空無線電信號(hào)流量變化研究，即射電閃爍，負(fù)責(zé)執(zhí)行望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)和數(shù)據(jù)分析的科研人員是一位來自愛爾蘭的女博士研究生，名字叫喬瑟琳·貝爾（Jocelyn Bell）。她夜以繼日地工作，在大量并紛亂的記錄紙帶上仔細(xì)摸索射電閃爍信號(hào)的特征，這是太陽系帶電介質(zhì)干擾星空無線電傳播的結(jié)果，其流量呈現(xiàn)出秒量級(jí)的準(zhǔn)周期變化。此現(xiàn)象可以類比于“天上的星星在眨眼”，這源于地球大氣層擾動(dòng)引發(fā)的光學(xué)波段的閃爍。然而，貝爾偶然察覺到一個(gè)奇怪而且周期極其規(guī)則的“干擾”信號(hào)，每隔1.33秒的精準(zhǔn)時(shí)間的脈沖信號(hào)。這令她十分詫異，難道宇宙的“心電圖”存在“人為故意”的鐘表準(zhǔn)時(shí)效應(yīng)？得知這一令人難以置信的觀測(cè)分析，她的導(dǎo)師安東妮·休伊什(Antony Hewish)曾猜想這可能是外星人——“小綠人”——發(fā)出的摩爾斯電碼，在向地球呼叫。然而，進(jìn)一步查找觀測(cè)數(shù)據(jù)表明，這個(gè)脈沖信號(hào)的頻率極其精確。接下來，貝爾和同事又發(fā)現(xiàn)不同天區(qū)的另外3個(gè)周期各異的脈沖信號(hào)源，這排除了外星人信號(hào)，因?yàn)椴豢赡苡腥齻€(gè)“小綠人”在不同方向、同時(shí)向地球發(fā)射不同的脈沖信號(hào)。再經(jīng)過射電望遠(yuǎn)鏡的色散測(cè)量，貝爾得出脈沖星距離地球大約是幾萬光年，這意味著脈沖信號(hào)源于銀河系起源的天體。經(jīng)過一番努力，貝爾和休伊什在英國《自然》雜志上發(fā)表了脈沖星發(fā)現(xiàn)的論文，并認(rèn)為脈沖星就是物理學(xué)家預(yù)言的超級(jí)致密的中子星。消息很快轟動(dòng)了國際科學(xué)界，這被譽(yù)為20世紀(jì)天文學(xué)的四大發(fā)現(xiàn)之一，為天文學(xué)和天體物理研究開辟了新的領(lǐng)域，而且對(duì)現(xiàn)代物理學(xué)的驗(yàn)證產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。

　　脈沖星為什么是宇宙的燈塔和空間天然實(shí)驗(yàn)室

　　50年來，天文學(xué)家已經(jīng)觀測(cè)到2700多顆各種類型的脈沖星，它們是轉(zhuǎn)動(dòng)的中子星，而最快轉(zhuǎn)動(dòng)的周期居然達(dá)到毫秒量級(jí)，1.4毫秒?，F(xiàn)在已知，中子星是大質(zhì)量恒星的演化產(chǎn)物，相當(dāng)于十幾個(gè)太陽的恒星在其核能燃燒耗盡以后，將經(jīng)歷超新星爆發(fā)，其間星體的核心部分塌縮成高度致密的中子星，其質(zhì)量相當(dāng)于一個(gè)太陽，而半徑只有約10千米。形象地比喻，中子星相當(dāng)于太陽系的全部質(zhì)量壓縮到北京市區(qū)的范圍。其密度驚人地高，一個(gè)乒乓球大小的中子星物質(zhì)相當(dāng)于喜馬拉雅山的質(zhì)量！其磁場(chǎng)也是超高，達(dá)到萬億高斯，是地磁場(chǎng)的萬億倍。所以，脈沖星可以作為天然的實(shí)驗(yàn)室，用來檢驗(yàn)極端物理環(huán)境下的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律，諸如驗(yàn)證強(qiáng)引力場(chǎng)的愛因斯坦廣義相對(duì)論效應(yīng)，包括通過測(cè)量脈沖星雙星系統(tǒng)來驗(yàn)證引力波。中子星的高度致密物質(zhì)物態(tài)還是檢驗(yàn)核物理理論的極佳場(chǎng)所，其強(qiáng)磁場(chǎng)導(dǎo)致的電磁輻射現(xiàn)象也是等離子體物理的研究領(lǐng)域。

　　脈沖星為什么發(fā)射脈沖信號(hào)？研究發(fā)現(xiàn)，電磁輻射來自于其強(qiáng)磁場(chǎng)的極冠區(qū)，當(dāng)中子星轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，磁極冠發(fā)出的電磁信號(hào)像海岸上的燈塔一樣，掃過星空。每當(dāng)脈沖星輻射掃過地球，地面的射電望遠(yuǎn)鏡就收到一個(gè)信號(hào)，因此天文學(xué)家記錄到像“心電圖”一樣的系列脈沖。此外，脈沖星的轉(zhuǎn)動(dòng)是高度穩(wěn)定的，其周期變慢一秒大約需要千萬年時(shí)間，這與實(shí)驗(yàn)室制備的氫原子鐘一樣穩(wěn)定，堪稱宇宙最精準(zhǔn)的鐘或“宇宙燈塔”。基于這一性質(zhì)，脈沖星可以作為導(dǎo)航時(shí)間信標(biāo)參考。不久前我國發(fā)射的脈沖星導(dǎo)航試驗(yàn)衛(wèi)星XPNAV-1就是應(yīng)用案例。50年來的觀測(cè)表明，脈沖星在射電、紅外、可見光、紫外、X射線和γ射線等多個(gè)電磁波頻段產(chǎn)生輻射，為此天文學(xué)家在地面和太空設(shè)置了大量的探測(cè)設(shè)備，用于監(jiān)測(cè)和研究其運(yùn)動(dòng)和演化性質(zhì)，例如：在我國貴州已經(jīng)落成的500米口徑射電望遠(yuǎn)鏡（FAST）。這一方面提升人類認(rèn)識(shí)宇宙的能力，另一方面，通過這些高科技設(shè)施和裝置的建設(shè)，提升我國工業(yè)體系的現(xiàn)代化能力。

　　脈沖星發(fā)現(xiàn)與諾貝爾獎(jiǎng)委員會(huì)的失誤

　　戲劇性的科學(xué)發(fā)現(xiàn)只是故事的開頭，隨之而來的是脈沖星發(fā)現(xiàn)者的榮譽(yù)歸屬爭(zhēng)議。舉世成就與諾貝爾獎(jiǎng)委員會(huì)的是非恩怨竟然成為世界輿論焦點(diǎn)話題。1974年，休伊什教授因發(fā)現(xiàn)脈沖星獨(dú)自享受了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，此事件引起了科學(xué)界和英國媒體的軒然大波，這被認(rèn)為是諾貝爾獎(jiǎng)歷史上最不公平的結(jié)果之一，以至于媒體將其調(diào)侃為“名副其實(shí)的諾貝爾獎(jiǎng)”，其英文表述耐人尋味“The No Bell-No bel Prize”，即“沒有貝爾的諾貝爾獎(jiǎng)”。

　　脈沖星發(fā)現(xiàn)的皇冠只戴在導(dǎo)師的頭上，這完全忽略了學(xué)生貝爾的貢獻(xiàn)。英國著名天文學(xué)家霍伊爾爵士（Sir Fred Hoyle）在倫敦《泰晤士報(bào)》發(fā)表談話，“貝爾應(yīng)同休伊什共享諾獎(jiǎng)，諾獎(jiǎng)委員會(huì)授獎(jiǎng)前的調(diào)查工作欠周密。”霍伊爾還認(rèn)為，這是諾獎(jiǎng)歷史上一樁丑聞、性別歧視案，貝爾的貢獻(xiàn)非常重要，但她的老板竟把這一發(fā)現(xiàn)的原始資料扣壓了半年，從客觀上講就是一種盜竊。更有學(xué)者調(diào)侃，“貝爾小姐做出的卓越發(fā)現(xiàn)，讓她的導(dǎo)師休伊什贏得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。”凡此評(píng)論，不勝枚舉?；厥淄?，平心而論，作為導(dǎo)師的休伊什獲得諾貝爾獎(jiǎng)并無爭(zhēng)議，但貝爾失去殊榮，卻令人感到惋惜。如果沒有貝爾對(duì)“干擾”信號(hào)一絲不茍的追究，他們可能錯(cuò)過脈沖星的發(fā)現(xiàn)。

　　不久前貝爾訪問北京期間，筆者與她談起脈沖星的發(fā)現(xiàn)經(jīng)歷和對(duì)諾貝爾獎(jiǎng)的看法時(shí)，她感慨地說，在上世紀(jì)60年代，英國存在導(dǎo)師忽視學(xué)生科學(xué)貢獻(xiàn)的傾向，特別是針對(duì)女學(xué)生欠缺公正待遇。1993年，兩位美國天文學(xué)家因發(fā)現(xiàn)脈沖星雙星并間接驗(yàn)證引力波而榮獲諾貝爾獎(jiǎng)時(shí)，這次諾獎(jiǎng)委員會(huì)格外小心，特別邀請(qǐng)她參加了頒獎(jiǎng)儀式，算是一種補(bǔ)償吧。發(fā)現(xiàn)脈沖星后，她和休伊什沒有再合作，直到1983年，他們才在一次國際會(huì)議上相見，并握手言和。在2007年紀(jì)念脈沖星發(fā)現(xiàn)40年的國際會(huì)議上，他們一起出席會(huì)議，在大會(huì)開幕式上，與會(huì)者全體起立鼓掌向貝爾致敬。雖然錯(cuò)失諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，她榮獲了多項(xiàng)世界級(jí)科學(xué)獎(jiǎng)、諸多獎(jiǎng)?wù)潞皖^銜，并被學(xué)術(shù)界尊稱為“脈沖星之母”。她至今依然繁忙，擔(dān)任各種社會(huì)公職，儼然英國的“科學(xué)大使”。她曾擔(dān)任英國皇家物理學(xué)會(huì)會(huì)長、英國皇家天文學(xué)會(huì)會(huì)長，被英國伊麗莎白女王授予“女爵士”頭銜，2014年起擔(dān)任愛丁堡皇家學(xué)會(huì)會(huì)長。貝爾女士多次來華訪問，一直關(guān)注我國500米口徑射電望遠(yuǎn)鏡的建設(shè)，并給予科技指導(dǎo)意見。2012年，她在北京參加國際天文學(xué)大會(huì)期間，受到時(shí)任國家副主席習(xí)近平的接見。她為此深感榮幸地說，一個(gè)大國領(lǐng)袖親自參加科學(xué)會(huì)議，這不僅是科學(xué)家的榮譽(yù)，也讓世界感受到一個(gè)大國為人類科學(xué)事業(yè)竭誠奉獻(xiàn)的態(tài)度和熱情。

（作者系中國科學(xué)院國家天文臺(tái)研究員）