追逐类星体

      

      2015年2月26日，《Nature》刊登了我国科学家领导的团队获得的研究成果。这个团队发现了一颗距离地球128亿光年、迄今为止发光本领*的类星体。该类星体中心的黑洞质量达到120亿太阳质量，这是遥远宇宙中目前已知的发光zui亮、中心黑洞质量zui大的类星体。什么是类星体？它是怎样被发现的？类星体和黑洞又有什么关系？天文学家是如何进行观测的？这些问题让天文爱好者们无比好奇。

北京师范大学天文学系的何香涛教授是*位发现类星体的中国天文学家，并因此获得了2014年中国天文学会颁发的“张钰哲奖”。他曾在《天文爱好者》杂志上发表连载文章《追逐类星体》，介绍类星体的科普知识，广受好评。这组连载也成为了解类星体知识的入门必读文章。现将其结集成书，以飨读者。

 

      宇宙中*遥远的天体，以黑洞为核心，拥有超光速喷流，直径只有银河系的万分之一，光芒却相当于一千亿个太阳……类星体种种不可思议的特征让天文学家们无比着迷。类星体是怎样被发现的？天文学家们如何对它进行观测？
      什么是黑洞？现代天文学有哪些研究领域？天文学家的工作和生活是怎样的？相信您读完本书，会找到这些问题的答案。

      何香涛，河北束鹿（今辛集市）人，北京师范大学天文学系教授，博士生导师。少年时爱学数学和物理，却走上天文之路，成为北京师范大学天文学系第一批教师。改革开放后，又成了第一批走出国门的天文学者，接触到了类星体研究这个领域，并将其作为一生的事业。曾任中国天文学会副理事长，北京市天文学会理事长。当选第七、八、九、十届全国人民代表大会代表。多次获得各种专业奖，包括独自获得国家自然科学三等奖和国家教委科技进步一等奖，与美国国立基特峰天文台台长共同获得美国天文学会的国际观测奖。*又获得2014年中国天文学会颁发的“张钰哲奖”。热心科普活动和创造，两次获得获国家科普创作奖。业余酷爱围棋和乒乓球，发起和举办“尧舜杯”，“炎黄杯”和“名人教授杯”等围棋赛事，长期担任中国大学生围棋协会主席。

前言

1.寻找远方的神奇
类星体的发现
寻找类星体
类星体的光谱
谱线成林——Ly α线丛和多重红移
这样测量类星体的距离对吗？
寻找最遥远的类星体
画鬼并不容易——类星体的观测特征
X射线的重要性
巧夺天工——用天体做一个透镜
打开另一扇窗口——红外
射电观测依然威风八面
能否超越光速？
活动星系核大家族

2.黑洞——类星体的发电机
星空中的“妖怪”
黑洞的前世与今生
石头黑洞
“三毛”定理
类星体的发电机

3.我的天文之路
我的早年生活
走进爱丁堡皇家天文台
帕洛马5米望远镜观测记
“中国-日本”类星体
跨国天文台冒纳凯阿
美国的天文城图森
你好，南十字座
闲话君山兄
造访台湾，期盼大同
围棋与天文

前言

    我写过不少天文科普文章，其中最注入心血的，莫过于《追逐类星体》。这是一组系列文章，连载于《天文爱好者》杂志，历时两年多。文章颇受欢迎，上至一些专家和研究生，下至一般的大学生和天文爱好者，都认为其内容新颖、有创意，没有“天下文章一大抄”的弊俗。

    什么是类星体呢？类星体是宇宙中的一类星系，和我们的银河系属于同一量级。但是，类星体和一般的星系有很大的不同，它看上去只是一个星点，因此被命名为类星体，即类似恒星的天体。类星体的物理本质至今仍存在许多疑点，被认为是宇宙中最神秘的天体之一。

    现代天文学起始于20世纪60年代。第二次世界大战促进了射电天文学的发展。科学家们利用射电技术，突破性地实现了天体物理学的四大发现—类星体、脉冲星、宇宙背景辐射和星际分子。到目前为止，四大发现已获得五项诺贝尔奖，脉冲星两项，宇宙背景辐射两项，星际分子一项，唯独类星体榜上无名。迟迟得不到诺贝尔奖，最着急的当属类星体的第一发现人，美籍荷兰天文学家马尔滕·施密特。施密特在美国加州理工学院任教，已经80多岁。我在那里访问时，曾当面与他交谈，并请他为我签名留念。近年来，天文学的新发现越来越多，类星体的发现不会被永远尘封吧。

    中国人听到类星体的名字已经是“文化大革命”开始时了。我本人知道有类星体还是道听途说来的。大概是“文革”初期，在南京开过一次天文界的“革命大批判”会。当时开会，除了批判“走资派”和“资产阶级反动权
威”以外，也要以批判的眼光介绍一些科学进展，叫作“抓革命，促生产”。在这次会上，有人介绍了国外发现的一种新天体—类星体。

    打倒“四人帮”之后，国内开始有了与国际间的学术交流。1978年，美国派了一个阵容庞大的天文代表团来华，有许多大名鼎鼎的天文学家。其中有马丁·史瓦西，其父就是第一位解出爱因斯坦相对论方程的卡尔·史瓦西。还有一位女天文学家，叫玛格丽特·伯比奇。她曾做过英国格林尼治皇家天文台的台长，在类星体的观测上取得了许多成就。在她做完报告之后，我最想问的一个问题是：类星体是怎样发现的？但是想来想去，觉得这个问题太简单了些，于是没有开口。这次报告会是在北京饭店召开的，规格很高，在京的国内知名天文工作者悉数到会，给我留下的印象实在是太深刻了。我想，什么时候我们能赶上人家，也能观测到类星体，哪怕看看类星体是什么样子，我也就知足了。

    中国人的头脑一向不笨，只要把国门打开，让国人走出去，前进的步伐便不可阻挡。就在美国天文代表团访华之后不到两年，1980年，作为改革开放后的第一批访问学者，我登上了前往英国的飞机。
    首次踏入异国他乡，一切的一切都十分异样。我来到了英国爱丁堡皇家天文台。在英国，只有格林尼治和爱丁堡两家天文台冠以“皇家”的称号。爱丁堡皇家天文台是英国最古老的天文台之一，建立于1822年。等我到来时，天文台早已非常现代化，云集了一批英国乃至世界著名的天文学家。就是在这里，我开始了对类星体的追逐。

    《追逐类星体》集结了我对类星体的研究，但本书的内容不局限于类星体，它涵盖了许多现代天文学的知识，包括宇宙学、射电天文学、红外天文学、X射线天文学、黑洞物理学等方面的内容。在讲述有关的科学知识时，还渗入了我对人生和哲学的感悟，以及我个人的经历。文章好坏不论，但保证是百分之百的原创。

    知识是浩瀚的海洋，无边无际，永无止境。读者，尤其是青少年读者，如果能通过阅读本书获得一些科学知识，增加对天文学的兴趣，笔者将不胜欣慰。

何香涛
2014年秋于北京