脈沖星是由英國(guó)劍橋大學(xué)卡文迪許實(shí)驗(yàn)室的休伊什領(lǐng)導(dǎo)的研究小組的研究生貝爾首先發(fā)現(xiàn)的，她在夜間使用射電望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)時(shí)，記錄到了狐貍座里有一組很強(qiáng)的脈沖信號(hào)起伏。它雖然時(shí)強(qiáng)時(shí)弱，但每隔23小時(shí)56分準(zhǔn)時(shí)出現(xiàn)，因此可以確認(rèn)來(lái)自太空。休伊什等人一度設(shè)想這個(gè)很有規(guī)則的脈沖信號(hào)可能是來(lái)自地外文明發(fā)出的信號(hào)，于是戲稱為“小綠人”。當(dāng)時(shí)發(fā)現(xiàn)了好幾個(gè)這樣極其規(guī)律的脈沖信號(hào)源。經(jīng)過(guò)一年的研究，他們終于確認(rèn)了這種射電源的是一種奇異的天體：高速自轉(zhuǎn)的中子星。

這個(gè)結(jié)論立即引起了天文學(xué)和物理學(xué)界的轟動(dòng)，因?yàn)殡m然早在1930年代，隨著相對(duì)論和粒子物理學(xué)的發(fā)展，天文學(xué)家巴德和茨維基就提出可能存在極其致密的中子星，它的密度可能達(dá)到每立方厘米1億噸，但是一直沒(méi)有得到觀測(cè)證實(shí)，而且這樣奇異的天體是否存在人們也不敢相信。直到脈沖星被發(fā)現(xiàn)后，經(jīng)過(guò)計(jì)算，它的脈沖強(qiáng)度和頻率只有像中子星那樣體積小、密度大、質(zhì)量大的星體才能達(dá)到。這樣，中子星才真正由假說(shuō)成為事實(shí)。

脈沖星的產(chǎn)生是恒星演化末期的一種殘骸。這類(lèi)恒星坍縮之后電子被壓入原子核，形成中子，這時(shí)候恒星依靠中子的簡(jiǎn)并壓與引力保持平衡，這就是中子星。典型中子星的半徑只有幾公里到十幾公里，質(zhì)量卻在1-2倍太陽(yáng)質(zhì)量之間。由于自轉(zhuǎn)角動(dòng)量守恒，因此坍縮后半徑極小的中子星自轉(zhuǎn)速度極高。帶電粒子會(huì)在極強(qiáng)中子星磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，形成了同步輻射，產(chǎn)生極強(qiáng)的射電波束。因此脈沖星又被譽(yù)為宇宙燈塔。由于脈沖具有很強(qiáng)的規(guī)律性，在未來(lái)跨越星際的宇宙航行中，它將成為航天器的定位標(biāo)志，成為名副其實(shí)的“燈塔”。

休伊什因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)脈沖星和發(fā)展綜合孔徑技術(shù)的賴爾一起獲得了1974年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。就在這一年的年底，美國(guó)普林斯頓大學(xué)的拉賽爾· 赫爾斯和約瑟夫·泰勒發(fā)現(xiàn)了射電脈沖雙星PSR 1913+16，即兩顆脈沖星組成的雙星系統(tǒng)。它們之間的距離與太陽(yáng)半徑差不多。經(jīng)過(guò)對(duì)雙星系統(tǒng)的軌道參數(shù)以及各種相對(duì)論效應(yīng)十年觀測(cè)之后，他們發(fā)現(xiàn)雙星繞轉(zhuǎn)周期的變化速度與廣義相對(duì)論預(yù)言的引力波輻射導(dǎo)致的能量損失完全一致。這是引力波存在的第一個(gè)間接定量證據(jù)， 是對(duì)愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論的一項(xiàng)重要驗(yàn)證，因而獲得了1993年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

這次獲獎(jiǎng)又極大地促進(jìn)了對(duì)引力波的直接尋找，因而才有了2016年初引力波的直接發(fā)現(xiàn)。

從射電望遠(yuǎn)鏡誕生至今，人類(lèi)共發(fā)現(xiàn)了約2500顆脈沖星。如果FAST望遠(yuǎn)鏡的工作時(shí)間全部用于觀測(cè)脈沖星，它一年時(shí)間內(nèi)就有望將這個(gè)數(shù)量翻倍。FAST還有可能會(huì)發(fā)現(xiàn)一些前所未見(jiàn)的脈沖星現(xiàn)象，比如說(shuō)脈沖星和黑洞組成的奇特雙星系統(tǒng)，這些研究對(duì)于致密星演化及其相對(duì)論效應(yīng)會(huì)產(chǎn)生重要影響。

確認(rèn)宇宙大爆炸

愛(ài)因斯坦用他的廣義相對(duì)論方程計(jì)算最大的研究對(duì)象“宇宙”時(shí)，他驚訝地發(fā)現(xiàn)，方程竟然沒(méi)有穩(wěn)定解，因此在1917年發(fā)表文章時(shí)，他引入了一個(gè)“宇宙學(xué)常數(shù)”來(lái)平衡引力，讓方程計(jì)算出的宇宙“穩(wěn)定”下來(lái)。

但是過(guò)了12年，愛(ài)因斯坦發(fā)現(xiàn)自己犯了此生“最大的一個(gè)錯(cuò)誤”，美國(guó)天文學(xué)家埃德溫·哈勃發(fā)現(xiàn)，幾乎所有的星系都在離我們遠(yuǎn)去——宇宙恰恰不是穩(wěn)定的，它正在膨脹！不過(guò)，雖然有些天文學(xué)家們接受了哈勃這個(gè)偉大的、顛覆性的發(fā)現(xiàn)，卻沒(méi)有多少人真正把它當(dāng)回事兒，也不知道應(yīng)該做些什么。

在1948年前后，即使物理學(xué)伽莫夫量子物理學(xué)討論早期宇宙演化的時(shí)候，在科學(xué)界也沒(méi)有得到響應(yīng)。伽莫夫和他的學(xué)生認(rèn)識(shí)到，歷經(jīng)幾十上百億年的宇宙演化之后，早期宇宙的輻射能量（分布符合黑體輻射），溫度應(yīng)該冷卻到微弱的絕對(duì)零度附近，這是第一次對(duì)宇宙微波背景輻射的科學(xué)預(yù)言。

直到1964年，蘇聯(lián)的澤爾多維奇、英國(guó)的霍伊爾和泰勒、美國(guó)的皮伯爾斯等人的研究，再次發(fā)現(xiàn)宇宙應(yīng)當(dāng)殘留有溫度為幾開(kāi)（開(kāi)爾文，絕對(duì)溫度單位）的背景輻射，并且在厘米波段上應(yīng)該是可以觀測(cè)到的。正當(dāng)天文學(xué)家們紛紛開(kāi)始著手研制低噪聲天線以尋找這種殘存的黑體輻射時(shí)，美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室的兩位科學(xué)家——物理學(xué)家阿諾·彭齊亞斯和無(wú)線電工程師羅伯特·威爾遜卻在無(wú)意間率先發(fā)現(xiàn)了這個(gè)背景輻射。

彭齊亞斯和威爾遜的目的與央斯基當(dāng)年的工作有些類(lèi)似，是為了改進(jìn)衛(wèi)星通信，為此建立了高靈敏度的號(hào)角式天線系統(tǒng)。他們將天線對(duì)準(zhǔn)天空方向進(jìn)行測(cè)量，發(fā)現(xiàn)在波長(zhǎng)為7.35厘米處一個(gè)各向同性的信號(hào)，與其他干擾源不同，這個(gè)信號(hào)的奇怪之處是它每天每時(shí)的強(qiáng)度都是相同的，不隨季節(jié)變化而變化，肯定與地球的公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)無(wú)關(guān)。他們懷疑這個(gè)信號(hào)來(lái)源于接受天線系統(tǒng)本身（我們周?chē)娜魏挝矬w都存在微弱的射電輻射），然而清理了天線上的鴿子窩和鳥(niǎo)糞之后，噪聲仍然存在。這個(gè)問(wèn)題困擾了他們一年多的時(shí)間。

在離貝爾實(shí)驗(yàn)室不遠(yuǎn)的普林斯頓大學(xué)里，羅伯特·迪克和皮伯爾斯等科學(xué)家組成的研究小組聽(tīng)到了彭齊亞斯和威爾遜的工作情況，意識(shí)到這是一個(gè)重要的科學(xué)發(fā)現(xiàn)被他們無(wú)意中發(fā)現(xiàn)了。1965年，兩個(gè)研究小組聯(lián)合《天體物理學(xué)報(bào)》發(fā)表了文章，貝爾實(shí)驗(yàn)室的文章是《在4080兆赫上額外天線溫度的測(cè)量》，普林斯頓大學(xué)的文章標(biāo)題是《宇宙黑體輻射》為標(biāo)題發(fā)表了一篇論文，對(duì)這個(gè)彭齊亞斯他們的發(fā)現(xiàn)給出了正確的解釋，這個(gè)額外的輻射就是宇宙微波背景輻射（微波是射電波的一種）。

盡管彭齊亞斯和威爾遜發(fā)表的論文只有短短600字，但卻震撼了整個(gè)天體物理學(xué)界和理論物理學(xué)界，因?yàn)槲⒉ū尘拜椛涞陌l(fā)現(xiàn)為宇宙大爆炸理論提供了強(qiáng)有力的觀測(cè)證據(jù)，從而支持了哈勃在1929年發(fā)現(xiàn)的宇宙膨脹。彭齊亞斯和威爾遜也因此獲得了1978年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

對(duì)宇宙微波背景輻射的研究一直持續(xù)到今天。隨著越來(lái)越精密的測(cè)量，天文學(xué)家從這些射電信號(hào)中，獲得了關(guān)于宇宙早期演化的信息，它們解釋宇宙是如何從早期近似絕對(duì)均勻的程度逐步演化到今天具有豐富團(tuán)塊結(jié)構(gòu)的，從而揭示了星系、恒星甚至我們地球的根本起源。