類星體發現55年 | 它帶給人類什麼驚喜？①_風聞

1960年代，近代天文學開始起航，航隊的旗艦，便是類星體。

所謂近代天文學，是以四大發現為標誌，即類星體、脈衝星、星際分子和宇宙背景輻射。1963年，美籍荷蘭天文學家施密特（M.Schmidt）揭開了類星體的面紗，宇宙中一種嶄新的天體被發現。屈指算來，整整五十年。換句話説，近代天文學已經走過了半個世紀的歷程。

偶然中的必然

哲學中有一條邏輯，討論偶然和必然，偶然往往是在必然之中。類星體的發現，再次證實了這一邏輯性的真理。

人類憎恨戰爭，因為戰爭使生靈塗炭，但戰爭也可以促進生產力的發展，尤其是某些科學的發展。第二次世界大戰期間，德國人瘋狂之極，征服了幾乎整個歐洲。唯一應該臣服而沒有臣服的大國是英國，當希特勒忙於和蘇聯苦戰之時，無時無刻不想除掉這個後院的心腹之患。鑑於一時無法用陸軍征服，只能不停地進行空襲。但不久希特勒便發現，每次空襲，對方居然都事先有了防範。這令納粹二號人物格林大為惱火，認為一定是內部出了叛徒。這件事一直到二戰結束，仍然是個謎。美國著名戰地記者夏勒（W.L.Shirer），曾目睹希特勒的上台、二戰經過和紐倫堡對納粹戰犯的審判，在其名著《第三帝國的興亡》一書中記述了這件事。

事實上，偵破納粹每次空襲的不是靠的間諜，而是英國的雷達技術。當時，英國的雷達技術已相當先進，海岸預警雷達隨時能夠監視敵機的到來。有一次，英國的預警雷達突然出現故障，英國軍方十分緊張，以為德國造出了破壞雷達的新式武器。後來證實，破壞雷達的“敵人”是來自太陽的射電暴發。這一秘密直到戰後才公佈，為此有人建議將該事件的時間——1942年，定為太陽射電天文學的誕生年。

戰後，一批為軍事服務的科學家轉為搞射電天文，使英國的射電天文學在相當長一段時間內一直處於世界領先地位。其中，最著名的是賴爾（M.Ryle），他將單個的望遠鏡串聯起來觀測天體，使其能力成倍增加，被稱為綜合孔徑技術。賴爾因此獲1974年度的諾貝爾獎。是天文界最早的諾貝爾獎得獎人之一。

英國劍橋大學開始利用射電望遠鏡進行巡天觀測。所謂巡天觀測，即尋找天空中發射射電波的天體。由於不知道這些天體是什麼，所以把它們統稱為“射電源”。被發現的第一個射電源是天鵝座A，它幾乎是天空中最強的射電源，後來證實它是一個射電星系。到了1950年，劍橋大學發表了它的第一個射電源表（The first Cambridge Catalogue of Radio Sources,1C）。1C中共包含50個射電源。1955年發表了2C，共包含1936個射電源。欲速則不達，由於技術上的原因，這些源大部分都是偽源。1959年，經過重新鑑定，發表了3C。3C射電源表共包含471個源，這些源中實際上已經包含了類星體，當天文學家試圖用光學望遠鏡去辨認這些射電源對應的天體究竟是什麼時，類星體的發現已經成了必然。

開創射電巡天觀測的劍橋大學射電天文望遠鏡

1960年美國帕洛瑪山天文台的桑德奇（A. R. Sandage）首先在三角座找到了3C－48（3C表中的第48號源）的光學對應體。它看上去就像一顆普通的恆星，但它的光譜線很不正常，具有寬的發射線，而一般的恆星都是吸收線。另外，它的紫外波段的輻射也比普通恆星強很多，而且具有光變。

另一次擦肩而過者是哈扎德（M。Hazard請提供全名），他用設在澳大利亞帕克斯（Parkes）的口徑為64米的射電望遠鏡準確地測量了3C－273的位置。他用的方法非常巧妙，選擇3C－273經過月球的機會，利用月球掩食恆星逐點對3C－273進行觀測。結果發現，3C－273是一個射電雙源，中間夾着一顆恆星，恆星的星等有13等。進一步觀測發現和3C－48一樣，也具有寬的發射線，這些發射線也無法證認。哈扎德的工作是1963年宣佈的。

幸運女神最終落到了施密特頭上，施密特是哈扎德的同事，也在帕洛瑪山天文台工作。他用該天文台的5米光學望遠鏡進一步觀測3C－273，準確地測量了每一條發射線的位置。他在一次談話中親自告訴筆者，他花了6周時間去思索這些發射線究竟是什麼，最終，他恍然大悟，原來這些線就是一些最普通的氫的巴爾末線和電離氧的譜線，只不過向紅端方向位移了很多。

施密特當年發表在《自然》週刊上關於發現類星體的論文，論文如此短小。

3C－273的光學照片和光譜圖。上圖是3C－273本身的光譜，下圖是用作波長定標的標準光譜

天體光譜線的紅移值Z定義為觀測到的波長λ相對於地球上實驗室波長λ0的位移比Z=（λ-λ0）/λ0，由於λ總是大於λ0，所以叫做紅移。

根據施密特的證認，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表在英國《自然》雜誌上（Schmidt M. Nature, 1963,197: 1040）。從此，類星體正式被發現。

幸運之神

當人們談及類星體的發現者時，總忘不了上面提到的桑德奇和哈扎德。但是，作為正式的發現者，只能是施密特。據説，桑德奇對此感到鬱悶，他本人後來不再搞類星體，並且離開了帕洛瑪山天文台的主管單位——加州理工學院天文系。他甚至公開宣佈，拒絕再使用5米望遠鏡。

為什麼同樣是有着豐富觀測經驗的桑德奇和哈扎德不進一步追問他們發現的新天體究竟是什麼呢？原因是舊有的概念束縛了他們的思想。在當時，已經發現了天空中有一些強射電源，如天鵝座A和仙后座A。所有這些強射電源在天空中都有一定的大小，而且是處在銀河系之內，因此把它們都稱為“源”而不是“星”。另一個原因是紅移大小的禁錮。3C－48和3C－273的光譜線都很簡單，只是譜線的位置發生了紅移。紅移的概念在當時早已清清楚楚。但是，所有測出的河外星系的紅移值都遠小於0.1。人們想不到，還有紅移大於0.1的河外天體。施密特的功勞恰恰是捅破了這層窗户紙。

幸運之神有時也會開一個玩笑。1980年代初作者訪問加州理工學院天文系時，曾遇到天文學家格林斯坦（J. L. Greenstein），他是研究恆星大氣的權威之一。一次，他對筆者説“你知道類星體是誰最早發現的嗎？”聽他的話有些來頭，筆者只好含糊其詞地説：“不是施密特嗎？”他很爽快地説“不，是我。我在研究白矮星時就發現了這種天體，認為是特殊的白矮星，等人家公佈了才知道原來是類星體。”

的確，在類星體正式發現之前三年，1960年格林斯坦和加州理工學院的另一位著名實測天體物理學家奧克（J.B.Oke）教授就發現了QSO

Ton202。他們手頭的觀測資料太多了，根本沒把這顆星當回事，更沒有發表。直到1970年，他們才將自己的“過期發現”公佈於眾（Greenstein J L，Oke J B. Pub Astro Soc Pac,1970, 82:898）。

類星體的命名還有一段有趣的過程。類星體發現之後，人們都從射電源上去尋找。這些射電源的對應體看上去和普通恆星一樣，所以，起名為類星射電源。類星射電源有一個共同特點，它們紫外輻射很強，顏色看上去很藍。根據這一特點，天文學家開展了用光學方法去尋找這類天體。不久發現，用光學方法找到的這類特殊天體，很大一部分沒有射電輻射，或者射電輻射強度很弱。於是，人們把這類天體稱作藍星體。事實上，很多恆星的顏色也很藍，例如白矮星，它們的光譜能量分佈和類星體很相似，這就是為什麼格林斯坦在尋找白矮星時找到了類星體。

很快，天文學家們就意識到，類星射電源和藍星體應該屬於一類天體，儘管它們的物理本質當時尚不清楚。於是，共同起了一個概念不明確的名稱——類似恆星的天體，英文是qusi-stellar

object。在一次得克薩斯州舉行的相對論天體物理學討論會上，記者要報道這一新的發現，但認為新天體的名稱太繞口了。一位華裔美國天文學家立即給這種天體起了一個響亮的英文名字quasar，這個人便是邱宏義。

邱宏義是近代留美學者中的一位佼佼者，他在中微子天體物理學方面建樹頗多，稱得上是開拓者之一。後來，他主編了一本關於恆星演化的文集，被人批評為錯誤百出。邱宏義咽不下這口氣，開始打起了洋官司。從此忙碌於官場，不再寫天文文章。但邱先生多才多藝，不寫天文文章可以寫菜譜，而且還做得一手好菜。筆者的一位合作者，美國塞羅託洛洛天文台（Cerro Tololo Observatory）台長史密斯（M. Smith）告訴我，他當年的婚禮宴會就是由邱宏義主廚的。

美國的《天體物理學報》（Astrophysical Journal）是世界上最權威的天文學雜誌之一。它當年的主編是錢德拉塞卡（S. Chandrasekhar），這位美籍印度天文學家是1984年諾貝爾獎獲得者，但思想比較保守。在他任主編期間，一直不允許quasar一詞出現在《天體物理學報》上。不過，這個新詞越來越流行，終於被國際天文界正式採用了。

quasar一詞在日本被翻譯為凖星。在台灣被翻譯為魁煞星，是由原台灣清華大學校長、號稱台灣四大公子之一的沈君山定名的。筆者認為這個音譯名頗為精彩，全世界的天文學家們努力了將近半個世紀，至今仍然降服不了這個魁煞惡神。

未完待續……