變星與脈沖星(上）

文圖 中國科學(xué)院國家天文臺 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)們也聽說恒星是有變化的，究竟有哪些變化呢？今天我們就來談?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,就是像脈搏跳動一樣的信號，一會兒有，一會兒無。類似有規(guī)律的忽明忽暗、忽有忽無的信號都可以稱作脈沖信號。脈沖信號又分一次性的和周期性的。一般有用的脈沖都是周期性的，就是間隔一定的時間出現(xiàn)一次。例如正常人的脈搏一般是每分鐘跳動60-70次。

現(xiàn)代許多電子技術(shù)和計算機內(nèi)使用的信號都是脈沖信號，又叫數(shù)字信號。脈沖的科學(xué)定義：一個物理量在一段相對短的持續(xù)時間內(nèi)突變后，迅速回到其初始狀態(tài)的過程。脈沖是相對連續(xù)信號而言的，在整個信號周期內(nèi)不是總有信號，大部分時間內(nèi)沒有信號，只在短時間內(nèi)有信號，就像人的脈搏一樣。脈沖一般包括脈沖幅度、脈沖寬度、脈沖上升時間、脈沖下降時間、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。以我們的太陽為例，現(xiàn)代科學(xué)儀器觀測到太陽的亮度存在11年的周期性變化，但也只有0.1%的變化幅度，肉眼是無法察覺的。

然而，后來人們發(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?，F(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中上半部分是一個食變雙星的例子。該系統(tǒng)中有一個子星（黃顏色）和一個伴星（白顏色），它們進行互相繞轉(zhuǎn)的運動。因此，從地球上看起來，它們就像地球上看到的“食”現(xiàn)象一樣，在運動中因互相遮擋而使它們有亮度的周期性變化。例如，當(dāng)時子星在其伴星之前通過（位置2），就會全部遮住伴星的光；而當(dāng)伴星在子星之前通過時（位置4），也會部分遮住子星的光。

具體來說：

在位置1，子星和伴星互不遮擋，二者光度合成，故測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。

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)部物理過程發(fā)生突變（爆發(fā)）時其亮度會突然增大。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），一般都是一個陡峭上升再緩慢下降的單次脈沖信號。

圖3

3.脈沖星

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

圖4