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        變星與脈沖星(上)

        2019-11-26 06:02:42文圖中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)郭紅鋒
        軍事文摘 2019年22期
        關(guān)鍵詞:信號(hào)

        文圖 中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái) 郭紅鋒

        很多同學(xué)都知道恒星是恒定不變的意思,但究竟在什么方面恒定呢?另外同學(xué)們也聽說(shuō)恒星是有變化的,究竟有哪些變化呢?今天我們就來(lái)談?wù)勛兓暮阈恰冃?,以及變星中的重要星體——脈沖星。

        什么是脈沖

        脈沖信號(hào),就是像脈搏跳動(dòng)一樣的信號(hào),一會(huì)兒有,一會(huì)兒無(wú)。類似有規(guī)律的忽明忽暗、忽有忽無(wú)的信號(hào)都可以稱作脈沖信號(hào)。脈沖信號(hào)又分一次性的和周期性的。一般有用的脈沖都是周期性的,就是間隔一定的時(shí)間出現(xiàn)一次。例如正常人的脈搏一般是每分鐘跳動(dòng)60-70次。

        現(xiàn)代許多電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)內(nèi)使用的信號(hào)都是脈沖信號(hào),又叫數(shù)字信號(hào)。脈沖的科學(xué)定義:一個(gè)物理量在一段相對(duì)短的持續(xù)時(shí)間內(nèi)突變后,迅速回到其初始狀態(tài)的過(guò)程。脈沖是相對(duì)連續(xù)信號(hào)而言的,在整個(gè)信號(hào)周期內(nèi)不是總有信號(hào),大部分時(shí)間內(nèi)沒(méi)有信號(hào),只在短時(shí)間內(nèi)有信號(hào),就像人的脈搏一樣。脈沖一般包括脈沖幅度、脈沖寬度、脈沖上升時(shí)間、脈沖下降時(shí)間、脈沖周期、脈沖頻率等主要特征參數(shù)(如圖1所示)。

        什么是變星

        古代的人們最早認(rèn)為恒星自身是永遠(yuǎn)不變的(包括恒星的亮度、相互位置等)。實(shí)際上,大多數(shù)恒星距離我們非常遙遠(yuǎn),即使它們本身有變化,古人用肉眼也根本察覺(jué)不到。在人類觀星數(shù)千年的歷史上,科學(xué)家發(fā)現(xiàn)大多數(shù)恒星在亮度上幾乎都是固定不變的。以我們的太陽(yáng)為例,現(xiàn)代科學(xué)儀器觀測(cè)到太陽(yáng)的亮度存在11年的周期性變化,但也只有0.1%的變化幅度,肉眼是無(wú)法察覺(jué)的。

        然而,后來(lái)人們發(fā)現(xiàn),有些恒星也很“調(diào)皮”,甚至變化多端。于是,人們就把那些有各種變化的恒星(在天文學(xué)上一般是指亮度與電磁輻射不穩(wěn)定的恒星),叫做變星。那些被歸類為變星的恒星,其亮度變化是非常顯著的。現(xiàn)代天文學(xué)把變星劃分為3大類:食變星、爆發(fā)星和脈沖星。

        圖1

        1.食變星

        圖2中上半部分是一個(gè)食變雙星的例子。該系統(tǒng)中有一個(gè)子星(黃顏色)和一個(gè)伴星(白顏色),它們進(jìn)行互相繞轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)。因此,從地球上看起來(lái),它們就像地球上看到的“食”現(xiàn)象一樣,在運(yùn)動(dòng)中因互相遮擋而使它們有亮度的周期性變化。例如,當(dāng)時(shí)子星在其伴星之前通過(guò)(位置2),就會(huì)全部遮住伴星的光;而當(dāng)伴星在子星之前通過(guò)時(shí)(位置4),也會(huì)部分遮住子星的光。

        具體來(lái)說(shuō):

        在位置1,子星和伴星互不遮擋,二者光度合成,故測(cè)量到的亮度幅度最高;

        在位置2,子星遮擋了伴星,只有子星的亮度被測(cè)到,故幅度最低;

        在位置3,同位置1,故幅度也是最高;

        在位置4,伴星的光部分地遮住子星的光,故二者合成的亮度較之1、3略低。

        圖2下半部分表示了食雙星系統(tǒng)在互相繞轉(zhuǎn)時(shí)因遮擋情況不同而發(fā)生的亮度變化情況,這里表現(xiàn)的是周期性、重復(fù)性、變化比較平滑的脈沖信號(hào)。

        圖2

        2.爆發(fā)變星

        爆發(fā)變星中包括新星、超新星等。它們都是自身變光的星體,正常情況下它們發(fā)出的輻射也是基本恒定的(與其他恒星一樣),但在內(nèi)部物理過(guò)程發(fā)生突變(爆發(fā))時(shí)其亮度會(huì)突然增大。這種突然爆發(fā)的新星或超新星,其亮度的突然增大只持續(xù)很短時(shí)間,增加的幅度非常高,隨后又緩慢下降(變暗)。其光變曲線如圖3(其中SNII-P和SNII-L是2種不同類型的超新星亮度變化曲線),一般都是一個(gè)陡峭上升再緩慢下降的單次脈沖信號(hào)。

        圖3

        3.脈沖星

        脈沖星是重復(fù)發(fā)出周期很短(頻率很高)、強(qiáng)度很高(上升很尖銳)脈沖信號(hào)的星體。圖4為計(jì)算機(jī)去掉噪聲、干擾等信號(hào)后的脈沖星亮度變化脈沖信號(hào)。從脈沖星的信號(hào)分析,可見(jiàn)這類天體發(fā)出的輻射頻率極快,強(qiáng)度極高。是什么樣的物理機(jī)制造成了脈沖星獨(dú)特的輻射信號(hào)呢?我們下期接著為大家介紹!

        圖4

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