沸腾文学

第60章 荒诞派对260（第1页）

类星体，代表了一类非常特别的星系。这是人类用望远镜看到的最远的天体，因为距离最远，所以也是人类看到的最悠久的天文学现象。所谓类星体，本质上，就是非常遥远的星系的核心。目前天文学界的主流说法是，在这个核心区域，有着超大质量的黑洞，它周围的气体向它掉落的过程中，因为加速运动而发光，我们能看到这个光。

类星体的发现，对于天文学来说，有着重大的意义。因为这本身就验证了天文学在技术上的一大突破。这项突破就是射电观测。

这是什么意思呢？

我们看到太阳和各种星星，都是用眼睛接收到这些天体发出的光。这种可见光有不同的颜色，就像彩虹那样从红色过渡到紫色，对应着光的波长，从长波过渡到短波。也就是说，人的眼睛受到地球环境的影响，经过漫长的进化，可以识别出来的这个波长的范围，就是可见光。比红光的波长更长的光，和比紫光的波长更短的光，对人的眼睛来说就像是不存在一样，我们看不见这些超出范围的光。

就算用上普通的天文望远镜，也没有什么本质的不同。望远镜把星光汇聚起来，就可以看到原来肉眼看不到的更暗弱的光。但是同样，最后得到的结果也只有可见光能被人眼识别。所以从观测的角度来说，人类历史上漫长的岁月中，对宇宙的观察，仅仅接收到了唯一的一种信息，就是可见光。这就相当于，面对浩瀚宇宙，人类因为自身的局限性，只能通过一道窄窄的门缝往外看。

把这道门开大的就是射电观测。

20世纪30年代，贝尔实验室的工程师央斯基，在测试通讯天线的时候发现，无论怎么调整天线，每天都会接收到一个奇怪的信号。他不知道这个无线电信号从哪里来，他只发现这个信号每次间隔23小时56分钟出现一次。这个问题对无线电工程师来说很困惑，但是对天文学家来说是很简单的事。天文学家知道，如果是24小时的时间间隔，那可能和太阳有关系，因为用太阳当参照物，地球转一圈的时间是24小时。但如果用更遥远的恒星和银河系做参照物，地球转一圈的时间是23小时56分钟。也就是说，这个信号不是自己断断续续，而是一直就没有动，这就是遥远的恒星或者银河系传来的。之所以会出现有规律的间隔，是因为地球的自转，每次转过来面对目标，就会接收到信号。

所以当天文学家听说无线电工程师的这项发现之后，惊喜万分，这意味着，有遥远的宇宙中的目标往地球发射了无线电信号。无线电在天文学中称为射电，射电天文学为天文学打开了可见光之外的，新的窥探宇宙的窗口。央斯基的天线成了天文学中这扇重要窗口的开端。

在二战期间，德国对英国狂轰乱炸，英国靠着自己的军用雷达技术，多次挫败德国空军的进攻。在战后，这些雷达天线和大量的无线电工程技术人员，都转行做起了天文学研究。所以，战后一段时期，英国成了射电天文学的领头羊。比如说，上世纪60年代，英国天文学家马丁·赖尔改进了无线电天线的观测技术，后来获得了诺贝尔奖，这是诺贝尔奖第一次颁发给天文学家。

顺便提一句，射电天文学用的望远镜，有点像你见过的那种巨大的卫星电视接收锅，用金属制造，一般口径都特别巨大，专门接收来自太空的无线电信号。

说了这么多射电天文学和无线电，这和类星体有什么关系呢？

当年，射电天文学刚开始兴起，还没有人明白为什么天体会发射无线电信号。剑桥大学就做了一项工作，他们用射电望远镜，把整个天空全都扫描了一遍，想把能找到的无线电信号全部都记录下来。你看，这就是天文学家一个重要的工作思路，不知道的时候，先尽可能多的收集样本。

50年代，剑桥大学发表了第一个无线电信号的目录，因为剑桥这个词开头的字母是C，所以天文学上把这个目录简称叫1C。1C包括50个目标，都是比较强烈的无线电发射源。后来又发表了2C，但是这里面包括了很多错误，经过重新鉴定更新的3C一共包括471的无线电发射源，我们要说的一部分类星体就藏在3C的目录当中。

天文学家只是列出了天空中471个有无线电信号的位置，但这些位置对应着什么东西就不知道了。科学家们就首先开始尝试，能不能用天文望远镜，观察这些位置，看看有没有什么发现。

1960年，美国天文学家桑德奇首先看到了3C中的48号目标的可见光。它看起来平淡无奇，就和一颗普通的恒星一模一样，看不出来大小尺寸，只是一个发光的小亮点。这要怎么进一步分析呢？

你可能还记得我在《天文学通识》课中专门讲过的天文学验证理论的重要手段，如果没有听过也没关系，我简单介绍一下。

天文学家能分析遥远目标的那么多信息，靠的一大武器是光谱。利用特殊的光学设备，可以把星光分解成一小段彩虹，也就是把星光当中不同波长成分区分开，看看什么波段的光多一些，什么波段少一些，这就是光谱。

光谱当中隐藏着特别丰富的天文学信息。比如说，如果这个天体往远处跑，光谱就会整体往红色那一边位移，就好像波长被拉长了，这就叫红移。再比如说，这个天体当中含有一些化学元素，这些元素就会在光谱上特定的波长位置吸收掉一部分光，或者发射出更多的光。所以光谱看起来就不是平滑的，而是充满了凸起和凹陷的地方，这些都是化学元素的作用。简单的说，利用光谱，可以了解这个天体的运动情况，化学成分等特别丰富的细节。

天文学家观测到了类星体的光谱。发现非常奇怪，完全不理解这是什么东西。类星体光谱上有大量的发射线，也就是某些化学元素，在很多波长的位置发射了额外的光。但是一般的恒星却没有这个特点。而且类星体光谱上的紫色光，以及比紫色光波长更短的紫外线都非常强烈，这一点也不符合一般的恒星。

这就麻烦了。类星体看起来像恒星，光谱显示又不是恒星，是什么完全不认识。怎么办呢？

1963年，幸运女神降落到天文学家马尔滕·施密特的头上。他观测了3C目录中的273号目标，分析了它的光谱，他用了六个星期，思考这些光谱到底意味着什么，突然恍然大悟。这些光谱上的发射线，其实就是氢元素造成的。

宇宙天体中含量最多的化学元素就是氢，出现氢的特征是极其正常的事。那为什么不认识了呢？还记得刚才咱们说到的如果目标往远处跑，整个光谱都往红色那头偏移吧？类星体上的这些光谱，也往红色那一头偏移了，但是和普通的恒星不同，类星体偏移的太厉害了，以至于之前的天文学家从来没考虑过这种可能性。

偏移了多厉害呢？3C中的273号目标，正常情况下一根氢元素产生的光谱特征出现在波长480多纳米的位置，现在观测到的结果出现在560纳米的位置，整整偏移了18%。如果这些偏移同样是因为类星体正在往远处跑，那么计算一下发现，类星体跑出去的速度有多快呢？每秒钟4万多公里。这个速度肯定不会停留在银河系里，肯定不是咱们附近的恒星，只能是遥远的宇宙深处的东西。按照宇宙学的模型计算，它的距离大约有20多亿光年。

施密特打破了常规，搞明白了类星体的光谱中的那些奇怪的特征到底是什么，其实都是很大的红移让天文学家不敢相认。所以类星体其实是非常遥远的东西。它看起来像一颗恒星，但实际上不是恒星，天文学给它起名字叫类似恒星的天体，简称类星体。3C目录的273号天体称为人类发现的第一个类星体。

以上就是第一部分的内容了。天文学家受到无线电工程师的启发，开创了射电天文学，用可见光之外的新的窗口观察宇宙，发现天上有很多无线电发射源，最终破解了其中一些目标的光谱，发现了类星体。

20多亿光年那么远的东西，发出的光穿越巨大的宇宙空间走到我们这里，还能看起来像近处的恒星一样明亮，这就意味着它发出的光特别的耀眼，释放着巨大的能量。

就拿3C目录的273号这个类星体来说，它发出的光，总能量要有多大，才能像现在看起来这么亮呢？答案是，超过2万亿个太阳。这个能量比整个银河系还大200倍。也就是说，3C273这样一个天体就能超过200多个银河系一起的发光能力。

究竟是怎样一种存在，会产生如此巨大的能量？这个问题，到目前为止还没有得到充分的回答，目前比较主流的理论也只是猜测。类星体作为天文学四大发现之首，却还没能获得诺贝尔奖，原因就在于此。

目前比较主流的理论认为，类星体是很远的星系的核心区域。这个星系诞生在宇宙很年轻的时候，它的核心存在一个超级大的黑洞。这个黑洞正在迅猛地吞噬周围的物质。吞噬的速度大约是每年吃掉一个太阳这么多的物质。因为吃的太快了，太多的物质一股脑地挤进去，就会在黑洞附近相互摩擦，相互碰撞，这个过程极其剧烈，所以就会释放出巨大的能量。和我们的银河系不同，类星体所在的星系是年轻的、活跃的星系，银河系相对比较平静。

那了解了这些有什么用呢？

从20世纪60年代到现在为止，人类已经发现了几十万颗类星体。它们大部分都很遥远，最远的类星体，距离我们超过100亿光年。这里补充一个小知识。对于宇宙来说，离我们越远的东西，在宇宙中诞生的时间也就越早，所处的年代也就越是古老。所以这些遥远的类星体，全都诞生在宇宙刚形成没多久的时候。

所以研究类星体的本质，联系着宇宙诞生的早期的历史。从这个角度来看，类星体，是一项意义重大的研究。因此，天文学家之间展开了竞赛，都在寻找更远的类星体，也就是诞生在宇宙更古老的时期的类星体。截止目前，已经发现的最遥远的类星体，到我们的距离超过290亿光年，它诞生在宇宙刚形成6亿年的时候。

探索宇宙诞生的历史，只是类星体的一项功能。类星体这么遥远，它的星光走到我们眼前，就必须穿过漫长的星际空间。但是，星际空间不可能绝对真空。类星体的光芒在经过几十亿甚至上百亿年旅行的过程中，很可能会被一些星云或者尘埃遮挡，这会在特定的位置吸收掉一部分光。所以我们接收到的类星体的光，里面不仅仅有类星体自己的信息，还混合着传输过程里面这些遮挡物的信息。

所以研究类星体，还关系着从近处到远处的星际气体和尘埃的分布情况。要是这么说的话，类星体有点像一个远方的探照灯。在它的照射下，那些原本看不见的、不发光的东西，都会被暴露出来。

类星体还有一个独特的功能，让天文学家特别高兴。

天文学家经常要观测一颗恒星或者一个星系，要给它们确定位置，也就是在天空中的坐标。这件事实际操作起来其实还挺难的。因为天空中几乎所有的目标都在运动，几乎就找不到一个完全不跑的东西。所有的东西都在跑，要确定坐标位置的时候，拿谁当参照物呢？我们没办法在太空中制造一个标准的绝对静止不动的刻度尺，那要怎么才能找到一套静止不动的框架呢？咱们这里说的位置，指的是在天空背景中的二维的位置，不需要考虑距离远近的问题。