類星體發現55年 | 它帶給人類什麼驚喜？②_風聞

上一篇我們介紹了，近代天文學四大發現之一的類星體發現及命名的過程，那麼中國是什麼時候瞭解到類星體，並開始觀測的呢？

中國人知道的類星體

中國人聽到類星體的名字已經是“文革”開始了。筆者知道類星體還是道聽途説來的。大概是“文革”初期在南京開過一次天文界的“革命大批判會”，當時的會議，除了批判走資派和資產階級反動權威以外，也要以批判的眼光介紹一些科學進展，叫做“抓革命，促生產”。在這次會上有人介紹國外發現了一種新天體——類星體。

“文革”結束後，開始有了國際間的學術交流。1978年，美國派了一個陣容龐大的天文代表團，其中有許多大名鼎鼎的天文學家，包括施瓦茨席爾德（M. Schwarzschild），其父就是第一位解出愛因斯坦廣義相對論方程的。引人注目的還有一位女天文學家，瑪格麗特·伯比奇(Eleanor Margaret Burbidge),她曾做過英國皇家格林尼治天文台的台長，在類星體的觀測上取得了許多成就。在她做完報告之後，筆者最想問的一個問題是：類星體是怎樣發現的？但是覺得這個問題太簡單了些，於是沒敢開口。這次報告會是在北京飯店召開的，規格很高，在京的國內知名天文工作者息數到會，給筆者留下的印象實在是太深刻了。時常想，什麼時候我們也能觀測到類星體。哪怕看看類星體是什麼樣子也就知足了。

作為改革開放後最早出去的一批學者，筆者被派往英國。從北京到倫敦的班機需要途徑中東，而中東正在打仗，我們等了一個多月，航線仍然不通。最後，改飛巴黎，在巴黎住了一夜，再前往倫敦。幾經周折，總算到了目的地。

英國人非常保守，到英國進修，必須先補習一段時間英語，考試合格才能去學校或研究所。我們當時的身份很滑稽，出國前已定名為訪問學者，英文名稱是visiting

scholar。學習一段人家的英語之後才發現，這種英文叫法並不普通。要麼就簡稱為訪問者（visitor），要麼就稱訪問天文學家（visiting

astronomer）等等。在英國的一個小鎮又這樣折騰了一個多月。由於筆者英語較好，提前離開去皇家愛丁堡天文台報到。在此之前都是集體行動，所有的安排都由中國駐英使館教育處負責。後來，一個人去報到，才發現困難不少。愛丁堡是蘇格蘭的首府，當地人都講蘇格蘭英語，像是另一種外語，實在是令人頭痛。

皇家愛丁堡天文台是一個十分古老的天文台，建於1818年。在英國，凡冠以皇家名稱的都標誌着等級至高。英國一共有兩個皇家天文台——皇家格林尼治天文台和皇家愛丁堡天文台。英國人對天文學情有獨鍾，它和大英帝國的歷史密切相關。大英帝國稱霸世界時，號稱日不落國，靠炮艦到處侵略，海上航行必須要用天文導航。世界經度的劃分就以格林尼治天文台為起點。到了20世紀中葉以後，英國的科學技術日漸落後，不僅無法與美國相比，就連蘇聯、德國、法國等也在許多領域走在了前沿。

在這種形勢下，英國的科技戰略是保住重點學科。英國科技的最高機構叫做科學與工程研究委員會（Science and Engineering Research Council，SERC），在它下屬的四個部門中，有一個部門就是天文學。筆者在英國時，SERC的主席曾訪問皇家愛丁堡天文台，他在報告中雖一再稱經費不足，但卻強調在天文學的投資一定要保證。

發現類星體的第一個中國人

愛丁堡天文台的研究方向就是依託它在海外的兩台望遠鏡。夏威夷的紅外望遠鏡主要從事星系和恆星的紅外觀測。其中，他們對劍橋的3C射電源逐一作了紅外測光，取得了關於射電星系的紅外輻射的開拓性研究。而放在澳大利亞的聯合王國施密特望遠鏡更是成績斐然，原本只是做南天的巡天觀測工作。但他們在望遠鏡的前面放了一塊稜鏡，叫做物端稜鏡。稜鏡的作用是把星光散成光譜，望遠鏡再把光譜成像在底片上，相當於一台低色散光譜儀。這樣的望遠鏡加上稜鏡攝譜儀成的是星像的色散光譜，不需要再加攝譜儀的細縫，因此叫做無縫光譜。

無縫光譜的優點是減少了附加光譜儀對光的損耗，可以拍到更闇弱的星光，也就是拍到更遠處的天體。這一優點很快變成了這台設備的最亮點，可以發現大量的類星體。筆者到達天文台的時候，這項研究工作剛剛起步，一批從澳大利亞運來的無縫光譜玻璃底片還放在那裏。從此，筆者開始了用這些底片尋找類星體的工作。

尋找第一顆類星體，對筆者來説的確不是一件容易的事。首先找到該方法的創始人史密斯當年的工作，將他已經發現的類星體作為樣本，看看這些類星體的無縫光譜有什麼特徵，類星體和普通恆星的區別。這是一件非常細微的工作。一顆星體的無縫光譜的實際長度不到2毫米，天體的所有譜線都分佈在這2毫米內，再加上每一條光譜線的寬度就是星像的大小。因此，無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，才能攝下闇弱的類星體。類星體的視星等都在17等以上。

工作的難度還在於，類星體本身的光譜並不是一樣的，因為每顆類星體的紅移大小都不一樣，而光譜的形狀取決於紅移。對於普通恆星來説，其光譜也都不一樣，恆星的光譜主要取決於它的光譜型。因此，只有把類星體的光譜和恆星的光譜區分開來，才有可能找到類星體。

本文作者發現的第一批13顆（是否第一顆）類星體 文章登在英國的天文月刊（Mon.Net.R.Astr.Soc.1984,211,443-459該刊英文名）上，這是中國人首次發現類星體。

自力更生的類星體

發現新的類星體，需要有2米級的望遠鏡。我國1950年代提出了大躍進計劃。造望遠鏡也在大躍進的行列之中，要造一架2米的望遠鏡。其中，最大的困難是必須有一個直徑2米的玻璃鏡胚，有了它，才能磨製望遠鏡。我國自己生產不了這種規格的玻璃，只好從當時的蘇聯進口。後來，中蘇交惡，本來已經買好的鏡胚被擱置。不久，“文革”又來了，造望遠鏡計劃徹底擱淺。

改革開放以後，大家又想到了這台望遠鏡，正在製造過程中，蘇聯的鏡胚不小心被打碎了，不可思議！於是，一切重新再來。直到1990年，一台2.16米的國產望遠鏡總算落成在北京天文台了。

在2米望遠鏡完成之前，也就是在1990年之前，我國最大的望遠鏡只有60釐米，放在雲南天文台，雲南天文台在昆明郊區的鳳凰山上。是抗日戰爭時期修建的，當時南京被日本佔領，紫金山天文台的儀器設備遷移到內地，在這裏建立了天文台。

筆者曾在60釐米望遠鏡上做了不少觀測工作，最大的心願是想用60釐米望遠鏡發現一顆類星體。為此，筆者和雲南天文台的岑學奮研究員一起設計了一套新的終端設備，主要是加一套縮焦器。所謂縮焦器，是人為地將望遠鏡的主焦距縮短。這樣就可以提高望遠鏡的光力。60釐米的望遠鏡就可以相當於1米以上望遠鏡。根據我們的設計指標，縮焦器加上以後，應該能夠發現新的類星體。又請上海天文台的一位光學專家幫助修改設計圖紙，最後由南京的天文儀器廠進行加工。沒想到，工作效率太差，或許加工能力受限，拖了好幾年，也沒有完成。後來，2米望遠鏡完成了，再製作這套設備意義也就不大了。

自己的2米望遠鏡建成以後，發現類星體就成為首要任務之一。要用大望遠鏡尋找一顆類星體，首先要有類星體的候選體，所謂候選體，是由其他途徑找到的可能是類星體的天體。大望遠鏡拍下候選體的光譜，確認它是不是真的類星體。

我國自己證認的第一顆類星體，其候選體來自ROSAT觀測的X射線源。ROSAT是德國發射的一顆專門觀測X射線的天文衞星。由它發現的X射線源，很多被確認為是類星體。由2.16米望遠鏡發現的這顆類星體編號是“X射線源1057+4316”，其座標是，赤經10h 57m 48.5s ，赤尾+43。16＇13＂。紅移Z=0.32。北京天文台趙永恆等人發現的這顆類星體，雖然是一顆很普通的類星體，但在類星體的研究史上，是中國人自力更生髮現的第一顆。時間是1994年，距離類星體的發現已經過去了41年。第二年，即1995年，魏建彥等人又用同樣的方法，在2.16米望遠鏡上發現了8顆類星體。從此揭開了中國人用自己的望遠鏡發現類星體的序幕。

在亞洲，日本人是最早發現類星體的，比中國早了10年，不過他們的第一顆類星體是由中國人提供的候選體。筆者在英國時將一顆很有把握的類星體候選體交給他們，在日本的1.8米望遠鏡上發現的。當時，我國還沒有大的望遠鏡，無法做這樣的證認。後來，筆者訪問日本時，他們發佈了一顆類星體，叫做“自力更生第一號”，是由日本人自己發現的。

中國人研究類星體，和世界的步伐相比的確慢了幾十年。但令作者感到欣慰的是，能夠成為發現類星體的第一個中國人，並幫助日本發現了亞洲第一顆類星體，在作者的建議下，這顆星被命名為“中國-日本”類星體。

第一顆類星體的證認圖  標十字的是類星體。

遲遲不給的諾貝爾獎

四大發現之後，徹底改變了天文學在自然科學中的地位。傳統的自然科學，號稱六大學科——數理化天地生。天文學在六大學科中，自稱是最古老的學科，因為人類的農耕要求知道節氣，這就需要研究日地的運動規律。但是，天文學畢竟實用價值有限，在自然學科中，不會太受重視。天文學沒有獨立的諾貝爾獎，是和物理學一起參評。四大發現，居然有5項獲諾貝爾物理獎。其中，脈衝星2項，宇宙背景輻射2項，星際分子1項。令人奇怪的是，四大發現之首的類星體，卻一直擱置在那裏。

類星體為什麼遲遲不給諾貝爾獎，説法不一。一種説法是，類星體本身是一種天體，物理味道不濃。但也説不過去，脈衝星不也是一種天體嗎？另一種説法是，類星體的發現者不是唯一的。通常認為發現者是施密特，其實桑德奇和哈扎德的功勞也很大，尤其是桑德奇，他是第一位在美國的5米望遠鏡上證認3C射電源表，發現了3C-48的光學對應體。他在文章中寫道“它（3C-48）與我們那時候看到的任何天體都不一樣，我至少拍攝了五六次光譜，測量了譜線的位置，發現毫無頭緒”，“它的光譜有很強的紫外輻射，還有幾條又強又寬的奇異發射線，卻找不到其對應的元素”。

桑德奇的這些言論，雖然感到非常遺憾，但的確證明，他是第一位找到類星體的。如果頒發諾貝爾獎，是給施密特，還是加上桑德奇，或是給3個人，再加上哈扎德呢？

1985年，第16屆國際天文學大會（IAU）在印度召開，同時舉行了首屆類星體專題討論會，討論會在印度南部的電影城班加羅爾舉行。

班加羅爾周圍環境優美，尤其是規模宏大的野生動物園，人騎在大象上，漫步在動物園裏，欣賞老虎、獅子等各種動物自由奔跑。施密特夫婦也參加了這次會議。因為早就和他們比較熟悉，筆者和施密特的夫人談起了諾貝爾獎的事，這自然引起了夫人的極大興趣，她十分感慨地説，“馬丁（施密特的名字）一直在努力工作，多次被邀在各種大型會上做報告，這麼重要的發現，也不知是什麼原因”，我告訴她，不用着急，天文界的學者都認為很快就會有好消息了。不想，30多年過去了，類星體依然還是原來的類星體。

和施米特夫婦一起坐在大象上逛野生動物園，背坐者是本文作者。

作者簡介

何香濤，北京師範大學天文學系教授，博士生導師,國際天文學會會員。曾任中國天文學會副理事長，北京市天文學會理事長。