宇宙中最神秘的天體
——類(lèi)星體 (一)：發(fā)現(xiàn)類(lèi)星體

何香濤

教授， 北京師范大學(xué)天文系，北京 100875

宇宙中最神秘的天體
——類(lèi)星體 (一)：發(fā)現(xiàn)類(lèi)星體

何香濤

教授， 北京師范大學(xué)天文系，北京 100875

神秘的天體；類(lèi)星體；發(fā)現(xiàn)

1963年，美籍荷蘭天文學(xué)家施米特(Schmidt)揭開(kāi)了類(lèi)星體的面紗。作為宇宙中最神秘的天體，經(jīng)過(guò)50多年的研究，關(guān)于類(lèi)星體仍然有很多疑惑。天文學(xué)在1960年代的四大發(fā)現(xiàn)中，另外三大發(fā)現(xiàn)已獲得5項(xiàng)諾貝爾獎(jiǎng)，為何唯獨(dú)類(lèi)星體從沒(méi)得到諾貝爾獎(jiǎng)的青睞？

1 總有疑惑

20世紀(jì)60年代，近代天文學(xué)開(kāi)始起航，航隊(duì)的旗艦便是類(lèi)星體。近代天文學(xué)以四大發(fā)現(xiàn)為標(biāo)志，即類(lèi)星體、脈沖星、星際分子和宇宙背景輻射。1963年，美籍荷蘭天文學(xué)家施米特(Schmidt)揭開(kāi)了類(lèi)星體的面紗，宇宙中一種嶄新的天體被發(fā)現(xiàn)。屈指算來(lái)，近代天文學(xué)已經(jīng)走過(guò)了半個(gè)世紀(jì)的歷程。

神奇的天體，蘊(yùn)藏在浩瀚的宇宙中，盡管天文學(xué)家們勤奮耕耘，天天都有新的發(fā)現(xiàn)，但是，所能發(fā)現(xiàn)的天體，都只是滄海之一粟。在已發(fā)現(xiàn)的各種天體中，最為奇特的莫過(guò)于類(lèi)星體。從類(lèi)星體發(fā)現(xiàn)的第一天起，就引起了全世界天文學(xué)家們的關(guān)注。有關(guān)類(lèi)星體研究的論文數(shù)目，雖然沒(méi)有做過(guò)詳盡的統(tǒng)計(jì)，但就單一天體而言，肯定是最多的。

類(lèi)星體的發(fā)現(xiàn)已過(guò)去半個(gè)世紀(jì)，天文學(xué)家們從觀測(cè)到理論，不遺余力地工作，但始終無(wú)法揭開(kāi)它的面紗。至今，圍繞類(lèi)星體有四大疑惑，仍無(wú)法給出確切的答案：①類(lèi)星體究竟是一種什么樣的天體，是單一的天體，還是有星體組成的星系？②類(lèi)星體的紅移是宇宙學(xué)的，還是非宇宙學(xué)的？③類(lèi)星體的能量究竟是怎樣產(chǎn)生的？④四大發(fā)現(xiàn)中，有三大發(fā)現(xiàn)已獲得5項(xiàng)諾貝爾獎(jiǎng)，唯獨(dú)對(duì)類(lèi)星體不予授獎(jiǎng)，為什么？

2 類(lèi)星體的發(fā)現(xiàn)

人類(lèi)憎恨戰(zhàn)爭(zhēng)，因?yàn)閼?zhàn)爭(zhēng)使生靈涂炭，但戰(zhàn)爭(zhēng)也可以促進(jìn)生產(chǎn)力的發(fā)展，尤其是某些科學(xué)的發(fā)展。第二次世界大戰(zhàn)期間，德國(guó)人瘋狂之極，幾乎征服了整個(gè)歐洲。當(dāng)時(shí)唯一沒(méi)有臣服的大國(guó)是英國(guó)，當(dāng)希特勒忙于和前蘇聯(lián)苦戰(zhàn)的時(shí)候，無(wú)時(shí)無(wú)刻不想除掉這個(gè)后院的心腹之患。鑒于一時(shí)無(wú)法用陸軍征服，只能不停地進(jìn)行空襲。但不久希特勒便發(fā)現(xiàn)，每次空襲對(duì)方居然都事先有了防范。這令納粹二號(hào)人物格林大為惱火，認(rèn)為一定是內(nèi)部出了叛徒。這件事一直到二戰(zhàn)結(jié)束，仍然是個(gè)謎。美國(guó)著名戰(zhàn)地記者威廉·夏伊勒，曾目睹希特勒的上臺(tái)、二戰(zhàn)的經(jīng)過(guò)和紐倫堡對(duì)納粹戰(zhàn)犯的審判，在其名著《第三帝國(guó)的興亡》一書(shū)中記述了這件事。

事實(shí)上，偵破納粹每次空襲的不是靠的間諜，而是英國(guó)的雷達(dá)技術(shù)(圖1)。當(dāng)時(shí)，英國(guó)的雷達(dá)技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)先進(jìn)，海岸預(yù)警雷達(dá)隨時(shí)能夠監(jiān)視敵機(jī)的到來(lái)。突然有一次，英國(guó)的預(yù)警雷達(dá)出現(xiàn)故障，英國(guó)軍方十分緊張，以為德國(guó)造出了破壞雷達(dá)的新式武器。后來(lái)證實(shí)，破壞雷達(dá)的“敵人”是來(lái)自太陽(yáng)的射電暴發(fā)。這一秘密直到戰(zhàn)后才公布，為此有人建議將這一事件的時(shí)間——1942年，定為太陽(yáng)射電天文學(xué)的誕生年。

圖1 二戰(zhàn)時(shí)期使用過(guò)的雷達(dá)

戰(zhàn)后，一批為軍事服務(wù)的科學(xué)家轉(zhuǎn)向研究射電天文，使英國(guó)的射電天文學(xué)在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)一直處于世界領(lǐng)先地位。其中，最著名的是賴(lài)爾(M. Ryle)，他將單個(gè)的望遠(yuǎn)鏡串聯(lián)起來(lái)觀測(cè)天體，使其觀測(cè)能力成倍地增加，被稱(chēng)為綜合孔徑技術(shù)。賴(lài)爾因此獲得1974年的諾貝爾獎(jiǎng)，是天文界最早的諾貝爾獎(jiǎng)得獎(jiǎng)人。

英國(guó)劍橋大學(xué)開(kāi)始利用射電望遠(yuǎn)鏡(圖2)進(jìn)行巡天觀測(cè)，尋找天空中發(fā)射射電波的天體。由于不知道這些天體是什么，所以把它們統(tǒng)稱(chēng)為“射電源”。被發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)射電源是天鵝座A，它幾乎是天空中最強(qiáng)的射電源，后來(lái)證實(shí)它是一個(gè)射電星系。1950年，劍橋大學(xué)發(fā)表了它的第一個(gè)射電源表(The first Cambridge catalogue of radio sources)，簡(jiǎn)稱(chēng)1C。1C中共包含50個(gè)射電源。1955年發(fā)表了2C，共包含1936個(gè)射電源。但是由于技術(shù)上的原因，2C中的這些源大部分都是偽源。1959年，經(jīng)過(guò)重新鑒定，發(fā)表了3C。3C射電源表共包含471個(gè)源，這些源中實(shí)際上已經(jīng)包含了類(lèi)星體，當(dāng)天文學(xué)家試圖用光學(xué)望遠(yuǎn)鏡去辨認(rèn)這些射電源對(duì)應(yīng)的天體究竟是什么時(shí)，類(lèi)星體的發(fā)現(xiàn)已經(jīng)成了必然。

圖2 劍橋大學(xué)射電天文望遠(yuǎn)鏡

1960年，美國(guó)帕洛瑪山天文臺(tái)的桑德奇(Sandage)首先在三角座找到了3C-48(3C表中的第48號(hào)源)的光學(xué)對(duì)應(yīng)體。它看上去就像一顆普通的恒星，但它的光譜線很不正常，具有寬的發(fā)射線，而一般的恒星都是吸收線。另外，它的紫外波段的輻射也比普通恒星強(qiáng)很多，而且具有光變。

另一位與類(lèi)星體的發(fā)現(xiàn)擦肩而過(guò)者是哈扎德(Hazard)，他用設(shè)在澳大利亞帕克斯(Parkes)的口徑為64 m的射電望遠(yuǎn)鏡(圖3)準(zhǔn)確地測(cè)量了3C-273的位置，用的方法非常巧妙，選擇3C-273經(jīng)過(guò)月球的機(jī)會(huì)，利用月球掩食恒星逐點(diǎn)對(duì)3C-273進(jìn)行觀測(cè)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，3C-273是一個(gè)射電雙源(圖4)，中間夾著一顆恒星，恒星的星等有13等。進(jìn)一步觀測(cè)還發(fā)現(xiàn)3C-273和3C-48一樣，也具有寬的發(fā)射線，這些發(fā)射線也無(wú)法證認(rèn)。

幸運(yùn)女神最終落到了施密特(Schmidt)頭上，施密特是哈扎德的同事，也在帕洛瑪山天文臺(tái)工作。他用該天文臺(tái)的5 m光學(xué)望遠(yuǎn)鏡進(jìn)一步觀測(cè)3C-273，準(zhǔn)確地測(cè)量了每一條發(fā)射線的位置。他在一次談話中告訴作者，他用了6周的時(shí)間去思索這些發(fā)射線究竟是什么？最終，他恍然大悟，原來(lái)這些線就是一些最普通的氫的巴爾末線和電離氧的譜線，只不過(guò)向紅端方向位移了很多。圖5給出了3C-273的光譜圖，上方是它本身的光譜，下方是用作波長(zhǎng)定標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)光譜。

圖3 位于澳大利亞帕克斯(Parkes)的64 m射電望遠(yuǎn)鏡

圖4 3C-273 的光學(xué)照片

圖5 3C-273的光譜圖

天體的光譜線向紅端方向位移，叫做紅移。紅移值Z定義為觀測(cè)到的波長(zhǎng)λ相對(duì)于地球上實(shí)驗(yàn)室波長(zhǎng)λ0的位移比：

在智能柜臺(tái)前，客戶(hù)按電腦提示把身份證放在智能柜臺(tái)掃描區(qū)，隨后在自助發(fā)卡機(jī)前拍張照，不到兩分鐘，就拿到了一張借記卡。智能柜臺(tái)采取 " 客戶(hù)自主、柜員協(xié)助 " 的服務(wù)模式，操作簡(jiǎn)便、界面流程清晰，可一站式辦理跨境匯款、開(kāi)戶(hù)開(kāi)卡、打印流水、購(gòu)買(mǎi)理財(cái)?shù)榷喾N非現(xiàn)金業(yè)務(wù)。與傳統(tǒng)柜面相比，辦理速度得到大幅提升：使用智能柜臺(tái)辦理個(gè)人開(kāi)卡業(yè)務(wù)并完成網(wǎng)上銀行、手機(jī)銀行的注冊(cè)僅需3分鐘，傳統(tǒng)柜面至少需要8分鐘；重置密碼只需2分鐘，傳統(tǒng)柜面需要15分鐘；打印流水只需1分鐘，傳統(tǒng)柜面打印一份兩年的交易流水需要20分鐘。智能柜臺(tái)大幅縮減了排隊(duì)等候時(shí)間和業(yè)務(wù)辦理時(shí)間，從根本上消除了排長(zhǎng)隊(duì)現(xiàn)象，使客戶(hù)體驗(yàn)得到明顯改善。

由于λ總是大于λ0，所以叫做紅移。表1列出了3C-273的典型發(fā)射線及其紅移值Z。根據(jù)施密特的證認(rèn)，得出3C-273的紅移值Z＝0.158，如此大的紅移值，肯定是處在銀河系之外的一種新的天體。1963年，施密特將他的工作發(fā)表在英國(guó)《自然》雜志上[1]。從此，類(lèi)星體正式被發(fā)現(xiàn)。

表1 3C-273的典型發(fā)射線及其紅移值

3 幸運(yùn)之神

當(dāng)人們談及類(lèi)星體的發(fā)現(xiàn)者時(shí)，總忘記不了上面提到的桑德奇和哈扎德。但是，作為正式的發(fā)現(xiàn)者，只能是施密特。據(jù)說(shuō)，桑德奇對(duì)此感到郁悶，他本人后來(lái)不再研究類(lèi)星體，并且離開(kāi)了帕洛瑪山天文臺(tái)的主管單位——加州理工學(xué)院天文系。他甚至公開(kāi)宣布，拒絕再使用5 m望遠(yuǎn)鏡。為什么同樣是有著豐富觀測(cè)經(jīng)驗(yàn)的桑德奇和哈扎德不進(jìn)一步追問(wèn)他們發(fā)現(xiàn)的新天體究竟是什么呢？原因是舊的概念束縛了他們的思想。在當(dāng)時(shí)，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了天空中有一些強(qiáng)射電源，如天鵝座A和仙后座A。所有這些強(qiáng)射電源在天空中都有一定的大小，而且是處在銀河系之內(nèi)，因此把它們都稱(chēng)為“源”而不是“星”。另一個(gè)原因是紅移大小的禁錮。3C-48和3C-273的光譜線都很簡(jiǎn)單，只是譜線的位置發(fā)生了紅移。紅移的概念在當(dāng)時(shí)早已清清楚楚，但是，所有測(cè)出的河外星系的紅移值都遠(yuǎn)小于0.1。人們想不到，還有紅移大于0.1的河外天體。施密特的功勞恰恰是捅破了這層窗戶(hù)紙。

幸運(yùn)之神有時(shí)也會(huì)開(kāi)一個(gè)玩笑。20世紀(jì)80年代初我訪問(wèn)加州理工學(xué)院天文系時(shí)，曾遇到天文學(xué)家格林斯坦(Greenstein)，他是研究恒星大氣的權(quán)威之一。一次，他對(duì)我說(shuō)“你知道類(lèi)星體是誰(shuí)最早發(fā)現(xiàn)的嗎？”聽(tīng)他的話有些來(lái)頭，我只好含糊其辭地說(shuō)：“不是施密特嗎？”他很爽快地說(shuō)“不，是我。我在研究白矮星時(shí)就發(fā)現(xiàn)了這種天體，認(rèn)為是特殊的白矮星，等人家公布了才知道原來(lái)是類(lèi)星體。”的確，在類(lèi)星體正式發(fā)現(xiàn)之前3年，1960年格林斯坦和加州理工學(xué)院的另一位著名實(shí)測(cè)天體物理學(xué)家歐克(Oke)教授就發(fā)現(xiàn)了QSO Ton202。由于當(dāng)時(shí)他們手頭的觀測(cè)資料太多了，根本沒(méi)有把這顆星當(dāng)回事，更沒(méi)有發(fā)表。直到1970年，他們才將自己的“過(guò)期發(fā)現(xiàn)”公布于眾(Greenstein J. L., Oke J. B., 1970 Pub. Astro. Soc. Pac 82卷， 898頁(yè))。

類(lèi)星體的命名還有一段有趣的過(guò)程。類(lèi)星體發(fā)現(xiàn)之后，人們都從射電源上去尋找。這些射電源的對(duì)應(yīng)體看上去和普通的恒星一樣，所以起名為類(lèi)星射電源。類(lèi)星射電源有一個(gè)共同的特點(diǎn)，它們紫外輻射很強(qiáng)，顏色看上去很藍(lán)。根據(jù)這一特點(diǎn)，天文學(xué)家開(kāi)展了用光學(xué)方法去尋找這類(lèi)天體。不久發(fā)現(xiàn)，用光學(xué)方法找到的這類(lèi)特殊天體，很大一部分沒(méi)有射電輻射，或者射電輻射強(qiáng)度很弱。于是，人們把這類(lèi)天體稱(chēng)作藍(lán)星體。事實(shí)上，很多恒星的顏色也很藍(lán)，例如白矮星，它們的光譜能量分布和類(lèi)星體很相似，這就是為什么格林斯坦在尋找白矮星時(shí)找到了類(lèi)星體。

很快，天文學(xué)家們就意識(shí)到，類(lèi)星射電源和藍(lán)星體應(yīng)該屬于一類(lèi)天體，盡管它們的物理本質(zhì)當(dāng)時(shí)尚不清楚。于是，共同起了一個(gè)概念不明確的名稱(chēng)——類(lèi)似恒星的天體，英文是“Quasi-Stellar Object”。在一次德克薩斯州舉行的“相對(duì)論天體物理學(xué)討論會(huì)”上，記者要報(bào)道這一新的發(fā)現(xiàn)，但認(rèn)為新天體的名稱(chēng)太繞口了。一位華裔美國(guó)天文學(xué)家立即給這種天體起了一個(gè)響亮的英文名字“Quasar”，這個(gè)人便是邱宏義。邱宏義是近代留美學(xué)者中的一位佼佼者，他在中微子天體物理學(xué)方面建樹(shù)頗多，稱(chēng)得上是開(kāi)拓者之一。后來(lái)，他主編了一本關(guān)于恒星演化的文集，被人批評(píng)為錯(cuò)誤百出。邱宏義咽不下這口氣，開(kāi)始打起了洋官司。從此忙碌于官司，不再寫(xiě)天文文章。但邱先生多才多藝，不寫(xiě)天文文章可以寫(xiě)菜譜，而且還做得一手好菜。我的一位合作者，美國(guó)塞羅托洛洛泛美天文臺(tái)長(zhǎng)史密斯(M. Smith)告訴我，他當(dāng)年的婚禮宴會(huì)就是由邱先生主廚的。

美國(guó)的《天體物理學(xué)報(bào)》(Astrophysical Journal, 簡(jiǎn)稱(chēng)ApJ)是世界上最權(quán)威的天文學(xué)雜志之一。它當(dāng)年的主編是錢(qián)德拉塞卡(S. Chandrashekhar)，這位美籍印度天文學(xué)家是1984年諾貝爾獎(jiǎng)的獲得者，但思想比較保守。在他任主編期間，一直不允許Quasar一詞出現(xiàn)在天體物理學(xué)報(bào)上。不過(guò)，這個(gè)新詞越來(lái)越流行，終于被國(guó)際上正式采用了。

Quasar一詞在日本被翻譯為“凖星”。在中國(guó)臺(tái)灣被翻譯為“魁煞星”，是由中國(guó)臺(tái)灣著名學(xué)者、原臺(tái)灣清華大學(xué)校長(zhǎng)、號(hào)稱(chēng)臺(tái)灣四大公子之一的沈君山先生定名的。我認(rèn)為這個(gè)音譯名頗為精彩，全世界的天文學(xué)家們努力了將近半個(gè)世紀(jì)，至今仍然降服不了這個(gè)魁煞惡神。

4 中國(guó)與類(lèi)星體

類(lèi)星體的名字傳到中國(guó)已經(jīng)是“文化大革命”開(kāi)始了，我本人知道類(lèi)星體還是道聽(tīng)途說(shuō)來(lái)的。大概是“文革”初期在南京開(kāi)過(guò)一次天文界的“革命大批判會(huì)”，當(dāng)時(shí)開(kāi)會(huì)，除了批判“走資派”和“資產(chǎn)階級(jí)反動(dòng)權(quán)威”以外，也要以“批判”的眼光介紹一些科學(xué)進(jìn)展，叫做“抓革命，促生產(chǎn)”。在這次會(huì)上有人介紹了國(guó)外發(fā)現(xiàn)了一種新天體——類(lèi)星體。

我們是改革開(kāi)放后最早出去的一批，我是被派往英國(guó)去的。從北京到倫敦的班機(jī)需要途徑中東，而中東正在打仗，我們等了一個(gè)多月，航線仍然不通。最后，改飛巴黎，在巴黎住了一夜，再前往倫敦。幾經(jīng)周折，總算到了目的地。到英國(guó)進(jìn)修，必須先補(bǔ)習(xí)英語(yǔ)，考試合格才能去學(xué)?；蜓芯克?。我們當(dāng)時(shí)的身份很滑稽，出國(guó)前已定名為訪問(wèn)學(xué)者，英文的名稱(chēng)是“visiting scholar”。學(xué)習(xí)一段人家的英語(yǔ)之后，才發(fā)現(xiàn)這種英文叫法并不標(biāo)準(zhǔn)。要么就簡(jiǎn)稱(chēng)為訪問(wèn)者(visitor)，要么就叫訪問(wèn)天文學(xué)家(visiting astronomer)等等。在英國(guó)的一個(gè)小鎮(zhèn)又這樣折騰了一個(gè)多月，由于我的英語(yǔ)較好，提前離開(kāi)去皇家愛(ài)丁堡天文臺(tái)報(bào)到。在此之前都是集體行動(dòng)，所有的安排都由中國(guó)英使館教育處來(lái)負(fù)責(zé)。后來(lái)，一個(gè)人去報(bào)到，才發(fā)現(xiàn)困難不少。愛(ài)丁堡是蘇格蘭的首府，當(dāng)?shù)厝硕贾v蘇格蘭英語(yǔ)，像是另一種外語(yǔ)，實(shí)在是令人頭痛。

皇家愛(ài)丁堡天文臺(tái)是一個(gè)十分古老的天文臺(tái)，建于1818年。在英國(guó)，凡冠以皇家名稱(chēng)的都標(biāo)志著等級(jí)至高。英國(guó)一共有兩個(gè)皇家天文臺(tái)——皇家格林尼治天文臺(tái)和皇家愛(ài)丁堡天文臺(tái)。英國(guó)人對(duì)天文學(xué)情有獨(dú)鐘，它和大英帝國(guó)的歷史密切相關(guān)。大英帝國(guó)稱(chēng)霸世界時(shí)，號(hào)稱(chēng)日不落帝國(guó)，靠的是炮艦到處侵略。海上航行必須要用天文導(dǎo)航。大家都知道，世界經(jīng)度的劃分就以格林尼治天文臺(tái)為起點(diǎn)。到了20世紀(jì)中葉以后，英國(guó)的科學(xué)技術(shù)日漸落后，不僅無(wú)法與美國(guó)相比，就連蘇聯(lián)、德國(guó)、法國(guó)等也在許多領(lǐng)域走在了前沿。

在這種形勢(shì)下，英國(guó)的科技戰(zhàn)略是保住重點(diǎn)學(xué)科。英國(guó)科技的最高機(jī)構(gòu)叫做科學(xué)與工程研究委員會(huì)(Science and Engineering Research Council，SERC)，在它下屬的4個(gè)部門(mén)中，有一個(gè)部門(mén)就是天文學(xué)。我在英國(guó)時(shí)，SERC的主席曾訪問(wèn)皇家愛(ài)丁堡天文臺(tái)，他在報(bào)告中一再?gòu)?qiáng)調(diào)：即使經(jīng)費(fèi)不足，也要保證在天文學(xué)的投資。

愛(ài)丁堡天文臺(tái)的研究就是依托它在海外的兩臺(tái)望遠(yuǎn)鏡。夏威夷的紅外望遠(yuǎn)鏡主要從事星系和恒星的紅外觀測(cè)。其中，他們對(duì)劍橋的3C射電源逐一作了紅外測(cè)光，取得了關(guān)于射電星系的紅外輻射的開(kāi)拓性研究。放在澳大利亞的聯(lián)合王國(guó)施密特望遠(yuǎn)鏡更是成績(jī)斐然。原本只是做南天的巡天觀測(cè)工作，但他們?cè)谕h(yuǎn)鏡的前面放了一塊棱鏡，叫做物端棱鏡。棱鏡的作用是把星光散成光譜，望遠(yuǎn)鏡再把光譜成像在底片上，相當(dāng)于一臺(tái)低色散光譜儀。這樣的望遠(yuǎn)鏡加上棱鏡攝譜儀成的是星象的色散光譜，不需要再加攝譜儀的細(xì)縫，因此叫做無(wú)縫光譜。無(wú)縫光譜的優(yōu)點(diǎn)是減少了附加光譜儀對(duì)光的損耗，可以拍到更暗弱的星光，也就是拍到更遠(yuǎn)處的天體。這一優(yōu)點(diǎn)很快變成了這臺(tái)設(shè)備的亮點(diǎn)，可以發(fā)現(xiàn)大量的類(lèi)星體。我到達(dá)天文臺(tái)的時(shí)候，這項(xiàng)研究工作剛剛起步，一批從澳大利亞運(yùn)來(lái)的無(wú)縫光譜玻璃底片還放在那里。從此，我就開(kāi)始了用這些底片尋找類(lèi)星體的工作。

尋找一顆類(lèi)星體，對(duì)我來(lái)說(shuō)的確不是一件容易的事。首先找到該方法的創(chuàng)始人史密斯當(dāng)年的工作，將他已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的類(lèi)星體作為樣本，看看這些類(lèi)星體的無(wú)縫光譜有什么特征，類(lèi)星體和普通恒星的區(qū)別。這是一件非常細(xì)微的工作。一顆星體的無(wú)縫光譜的實(shí)際長(zhǎng)度不到2 mm，天體的所有譜線都分布在這2 mm內(nèi)，再加上每一條光譜線的寬度就是星象的大小，因此，無(wú)縫光譜看上去和普通的有縫光譜差別很大，其分辨率極低。但另一方面，也只有用這樣低的分辨率去拍照，才能拍下暗弱的類(lèi)星體。類(lèi)星體(除3C-273外)的視星等都暗于17等。

工作的難度還在于，類(lèi)星體本身的光譜并不是一樣的，因?yàn)槊款w類(lèi)星體的紅移大小都不一樣，而光譜的形狀取決于紅移。對(duì)于普通恒星來(lái)說(shuō)，其光譜也都不一樣，恒星的光譜主要取決于它的光譜型。因此，只有把類(lèi)星體的光譜和恒星的光譜區(qū)分開(kāi)來(lái)，才有可能找到類(lèi)星體。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的努力，我們發(fā)現(xiàn)了第一批類(lèi)星體，文章登在英國(guó)的《天文月刊》上[2]，這也是中國(guó)人首次發(fā)現(xiàn)類(lèi)星體。

5 自力更生的類(lèi)星體

發(fā)現(xiàn)新的類(lèi)星體，需要有2 m級(jí)的望遠(yuǎn)鏡。中國(guó)從20世紀(jì)50年代就提出了“大躍進(jìn)計(jì)劃”，造望遠(yuǎn)鏡也在“大躍進(jìn)”的行列之中。要造一架2 m的望遠(yuǎn)鏡，其中最大的困難是必須有一個(gè)直徑2 m的玻璃鏡胚，有了它，才能磨制望遠(yuǎn)鏡。中國(guó)自己生產(chǎn)不了這種規(guī)格的玻璃，只好從當(dāng)時(shí)的蘇聯(lián)進(jìn)口。后來(lái)，中蘇交惡，本來(lái)已經(jīng)買(mǎi)好的鏡胚擱置在那里，因?yàn)槟鞘恰疤K修”的東西，將來(lái)造出來(lái)，算誰(shuí)的成就呢？不久，“文革”開(kāi)始了，造望遠(yuǎn)鏡的計(jì)劃徹底擱淺。改革開(kāi)放后，大家又想到了這臺(tái)望遠(yuǎn)鏡，但在制造過(guò)程中，那塊蘇聯(lián)的鏡胚不小心被打碎了，不可思議！于是，一切重新再來(lái)。直到1990年，一臺(tái)2.16 m的國(guó)產(chǎn)望遠(yuǎn)鏡總算落成在北京天文臺(tái)了。

在2 m望遠(yuǎn)鏡完成之前，也就是在1990年之前，中國(guó)最大的望遠(yuǎn)鏡只有60 cm，在位于昆明郊區(qū)鳳凰山上的云南天文臺(tái)。云南天文臺(tái)是抗日戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)期修建的，當(dāng)時(shí)南京被日本占領(lǐng)，紫金山天文臺(tái)的儀器設(shè)備遷移到內(nèi)地，就在這里建立了天文臺(tái)。我曾在60 cm的望遠(yuǎn)鏡上做了不少觀測(cè)工作，最大的心愿是想用60 cm望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)一顆類(lèi)星體。為此，我和云南天文臺(tái)的岑學(xué)奮研究員一起設(shè)計(jì)了一套新的終端設(shè)備，主要是加一套縮焦器。所謂縮焦器，是人為地將望遠(yuǎn)鏡的主焦距縮短。這樣就可以提高望遠(yuǎn)鏡的光力，60 cm的望遠(yuǎn)鏡就可以相當(dāng)于1 m以上的望遠(yuǎn)鏡。根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)，縮焦器加上以后，應(yīng)該能夠發(fā)現(xiàn)新的類(lèi)星體。我們就設(shè)計(jì)圖紙，又請(qǐng)上海天文臺(tái)的一位光學(xué)專(zhuān)家?guī)椭薷?，最后由南京的天文儀器廠進(jìn)行加工。但是因?yàn)榉N種原因，這個(gè)計(jì)劃沒(méi)有繼續(xù)。后來(lái)，2 m望遠(yuǎn)鏡完成了，再制作這套設(shè)備意義也就不大了。

中國(guó)自己的2 m望遠(yuǎn)鏡建成以后，發(fā)現(xiàn)類(lèi)星體就成為首要任務(wù)之一。要用大望遠(yuǎn)鏡尋找一顆類(lèi)星體，首先要有類(lèi)星體的候選體。所謂候選體，是由其他途徑找到的可能是類(lèi)星體的天體。大望遠(yuǎn)鏡拍下候選體的光譜，確認(rèn)它是不是真的類(lèi)星體。

中國(guó)自己證認(rèn)的第一顆類(lèi)星體，其候選體來(lái)自ROSAT觀測(cè)的X射線源。ROSAT是德國(guó)發(fā)射的一顆專(zhuān)門(mén)觀測(cè)X射線的天文衛(wèi)星，由它發(fā)現(xiàn)的X射線源，很多被確認(rèn)為是類(lèi)星體。由2.16 m望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)的這顆類(lèi)星體編號(hào)是“X射線源1057+4316”，其坐標(biāo)是赤經(jīng)10°57′48.5″ 、赤緯+43°16′13″，紅移Z=0.32。北京天文臺(tái)趙永恒等人發(fā)現(xiàn)的這顆類(lèi)星體，雖然是一顆很普通的類(lèi)星體，但在類(lèi)星體的研究史上，是中國(guó)人自力更生發(fā)現(xiàn)的第一顆。時(shí)間是1994年，距離類(lèi)星體的發(fā)現(xiàn)已經(jīng)過(guò)去了41年。1995年，魏建彥等人又用同樣的方法，在2.16 m望遠(yuǎn)鏡上發(fā)現(xiàn)了8顆類(lèi)星體。從此揭開(kāi)了中國(guó)人用自己的望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)類(lèi)星體的序幕。在亞洲，日本人是最早發(fā)現(xiàn)類(lèi)星體的，比我們?cè)缌?0年，不過(guò)他們的第一顆類(lèi)星體是由中國(guó)人提供的候選體。我在英國(guó)時(shí)將一顆很有把握的類(lèi)星體候選體交給他們，在日本的1.8 m望遠(yuǎn)鏡上發(fā)現(xiàn)的。當(dāng)時(shí)，我們還沒(méi)有大的望遠(yuǎn)鏡，無(wú)法做這樣的證認(rèn)。后來(lái)，我訪問(wèn)日本時(shí)，他們發(fā)布了一顆類(lèi)星體，叫“自力更生第一號(hào)”，是由日本人自己發(fā)現(xiàn)的(圖6)。

圖6 日本第一顆類(lèi)星體的證認(rèn)圖，標(biāo)十字的是類(lèi)星體

中國(guó)人研究類(lèi)星體，的確和世界的步伐相比慢了幾十年。但令我欣慰的是，我能夠有幸成為找到類(lèi)星體的第一個(gè)中國(guó)人，并幫助日本發(fā)現(xiàn)了亞洲第一顆類(lèi)星體。在我的建議下，那顆類(lèi)星體被命名為“中國(guó)-日本”類(lèi)星體。

6 遲遲未得的諾貝爾獎(jiǎng)

四大發(fā)現(xiàn)之后，徹底改變了天文學(xué)在自然科學(xué)中的地位。傳統(tǒng)的自然科學(xué)，號(hào)稱(chēng)六大學(xué)科——數(shù)理化天地生。天文學(xué)在六大學(xué)科中，自吹是最古老的學(xué)科，因?yàn)槿祟?lèi)的農(nóng)耕要求知道節(jié)氣，這就需要研究日地的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。但是，天文學(xué)畢竟實(shí)用價(jià)值有限，在自然學(xué)科中，不會(huì)太受重視。大家知道，天文學(xué)沒(méi)有獨(dú)立的諾貝爾獎(jiǎng)項(xiàng)，是和物理學(xué)一起參評(píng)。四大發(fā)現(xiàn)，居然得了5項(xiàng)諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。其中，脈沖星2項(xiàng)，宇宙背景輻射2項(xiàng)，星際分子1項(xiàng)。令人奇怪的是，四大發(fā)現(xiàn)之首的類(lèi)星體，卻一直擱置在那里。

類(lèi)星體為什么遲遲未得諾貝爾獎(jiǎng)，說(shuō)法不一。一種說(shuō)法是，類(lèi)星體本身是一種天體，物理味道不濃。但也說(shuō)不過(guò)去，脈沖星不也是一種天體嗎？另一種說(shuō)法是，類(lèi)星體的發(fā)現(xiàn)者不是唯一的，通常認(rèn)為發(fā)現(xiàn)者是施米特，其實(shí)桑德奇和哈扎德的功勞也很大，尤其是桑德奇，他是第一位在美國(guó)的5 m望遠(yuǎn)鏡上證認(rèn)3C射電源表，發(fā)現(xiàn)了3C-48的光學(xué)對(duì)應(yīng)體。他在文章中寫(xiě)道“它(3C-48)與我們那時(shí)候看到的任何天體都不一樣，我至少拍攝了五六次光譜，測(cè)量了譜線的位置，發(fā)現(xiàn)毫無(wú)頭緒”，“它的光譜有很強(qiáng)的紫外輻射，還有幾條又強(qiáng)又寬的奇異發(fā)射線，卻找不到其對(duì)應(yīng)的元素”。桑德奇的這些言論，雖然感到非常遺憾，但的確證明，他是第一位找到類(lèi)星體的。將來(lái)頒發(fā)諾貝爾獎(jiǎng)時(shí)，是給施米特1個(gè)人，還是加上桑德奇給2個(gè)人，還是再加上哈扎德給3個(gè)人呢？

心中最著急的，當(dāng)然是施米特本人。人人都知道，諾貝爾獎(jiǎng)是不給過(guò)世者的。1985年“第16屆國(guó)際天文學(xué)大會(huì)”(IAU)在印度召開(kāi)，同時(shí)舉行了首屆類(lèi)星體專(zhuān)題討論會(huì)，討論會(huì)在印度南部的電影城邦加洛爾舉行。邦加洛爾周?chē)沫h(huán)境優(yōu)美，尤其是規(guī)模宏大的野生動(dòng)物園，人騎在大象上漫步在動(dòng)物園里，欣賞老虎、獅子等各種動(dòng)物自由奔跑(圖7)。施米特夫婦也參加了這次會(huì)議。因?yàn)樵缇秃退麄儽容^熟悉，我和施米特的夫人談起了諾貝爾獎(jiǎng)的事，這自然引起了她的極大興趣，她十分感慨地說(shuō)：“馬丁(施米特的名字)一直在努力地工作，多次被邀在各種大型會(huì)上做報(bào)告，這么重要的發(fā)現(xiàn)，也不知是什么原因?！蔽腋嬖V她，不用著急，天文界的學(xué)者都認(rèn)為很快就會(huì)有好消息了。不想，30年都要過(guò)去了，類(lèi)星體依然還是原來(lái)的類(lèi)星體。

圖7 作者(右一)和施米特夫婦一起坐在大象上逛野生動(dòng)物園

(2014年2月25日收稿)■

[1] SCHMIDT M. 3C 273: a star-like object with large red-shift [J]. Nature, 1963, 197: 1040.

[2] HE X T, CANNON R D, PEACOCK J A, et al. A search for quasars in the Virgo cluster region [J]. Mon Not R Astr Soc, 1984, 211: 443-459.

The most mysterious object in our universe—Quasar (I): the discovery of Quasar

HE Xiang-tao
Professor, Department of Astronomy, Beijing Normal University, Beijing 100875, China

Quasar was discovered in 1963 by M. Schmidt, which is passed more than half century. There are still some difficulties to understand the real quasar. Quasar may be the most mysterious object in our universe. Concerning to get the Nobel prize, the discovery of quasar is still looking forward.

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(編輯：溫文)

10.3969/j.issn.0253-9608.2014.03.010