变星与脉冲星(上）

文图 中国科学院国家天文台 郭红锋

很多同学都知道恒星是恒定不变的意思，但究竟在什么方面恒定呢？另外同学们也听说恒星是有变化的，究竟有哪些变化呢？今天我们就来谈谈变化的恒星——变星，以及变星中的重要星体——脉冲星。

什么是脉冲

脉冲信号,就是像脉搏跳动一样的信号，一会儿有，一会儿无。类似有规律的忽明忽暗、忽有忽无的信号都可以称作脉冲信号。脉冲信号又分一次性的和周期性的。一般有用的脉冲都是周期性的，就是间隔一定的时间出现一次。例如正常人的脉搏一般是每分钟跳动60-70次。

现代许多电子技术和计算机内使用的信号都是脉冲信号，又叫数字信号。脉冲的科学定义：一个物理量在一段相对短的持续时间内突变后，迅速回到其初始状态的过程。脉冲是相对连续信号而言的，在整个信号周期内不是总有信号，大部分时间内没有信号，只在短时间内有信号，就像人的脉搏一样。脉冲一般包括脉冲幅度、脉冲宽度、脉冲上升时间、脉冲下降时间、脉冲周期、脉冲频率等主要特征参数(如图1所示)。

什么是变星

古代的人们最早认为恒星自身是永远不变的（包括恒星的亮度、相互位置等）。实际上，大多数恒星距离我们非常遥远，即使它们本身有变化，古人用肉眼也根本察觉不到。在人类观星数千年的历史上，科学家发现大多数恒星在亮度上几乎都是固定不变的。以我们的太阳为例，现代科学仪器观测到太阳的亮度存在11年的周期性变化，但也只有0.1%的变化幅度，肉眼是无法察觉的。

然而，后来人们发现，有些恒星也很“调皮”，甚至变化多端。于是，人们就把那些有各种变化的恒星（在天文学上一般是指亮度与电磁辐射不稳定的恒星），叫做变星。那些被归类为变星的恒星，其亮度变化是非常显著的。现代天文学把变星划分为3大类：食变星、爆发星和脉冲星。

图1

1.食变星

图2中上半部分是一个食变双星的例子。该系统中有一个子星（黄颜色）和一个伴星（白颜色），它们进行互相绕转的运动。因此，从地球上看起来，它们就像地球上看到的“食”现象一样，在运动中因互相遮挡而使它们有亮度的周期性变化。例如，当时子星在其伴星之前通过（位置2），就会全部遮住伴星的光；而当伴星在子星之前通过时（位置4），也会部分遮住子星的光。

具体来说：

在位置1，子星和伴星互不遮挡，二者光度合成，故测量到的亮度幅度最高；

在位置2，子星遮挡了伴星，只有子星的亮度被测到，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，故二者合成的亮度较之1、3略低。

图2下半部分表示了食双星系统在互相绕转时因遮挡情况不同而发生的亮度变化情况，这里表现的是周期性、重复性、变化比较平滑的脉冲信号。

图2

2.爆发变星

爆发变星中包括新星、超新星等。它们都是自身变光的星体，正常情况下它们发出的辐射也是基本恒定的（与其他恒星一样），但在内部物理过程发生突变（爆发）时其亮度会突然增大。这种突然爆发的新星或超新星，其亮度的突然增大只持续很短时间，增加的幅度非常高，随后又缓慢下降（变暗）。其光变曲线如图3（其中SNII-P和SNII-L是2种不同类型的超新星亮度变化曲线），一般都是一个陡峭上升再缓慢下降的单次脉冲信号。

图3

3.脉冲星

脉冲星是重复发出周期很短（频率很高）、强度很高（上升很尖锐）脉冲信号的星体。图4为计算机去掉噪声、干扰等信号后的脉冲星亮度变化脉冲信号。从脉冲星的信号分析，可见这类天体发出的辐射频率极快，强度极高。是什么样的物理机制造成了脉冲星独特的辐射信号呢？我们下期接着为大家介绍！

图4