毫秒脈沖星極弱信號(hào)的檢測(cè)與平均脈沖消色散方法研究

某些毫秒脈沖星的輻射脈沖周期有極高的穩(wěn)定性，研究表明可作為長(zhǎng)期穩(wěn)定度極高的天文時(shí)鐘和頻率基準(zhǔn)，也可用來(lái)監(jiān)測(cè)原子時(shí)的長(zhǎng)期穩(wěn)定度。高精度的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于天體物理學(xué)、測(cè)量學(xué)、信息科學(xué)、引力波天文學(xué)、廣義相對(duì)論等學(xué)科的研究有重要的理論意義和廣闊的應(yīng)用價(jià)值。然而，毫秒脈沖星輻射波到達(dá)地球時(shí)的信號(hào)極微弱（E-30W，1.5GHz），且常被背景噪聲所淹沒(méi)，檢測(cè)十分困難；體現(xiàn)毫秒脈沖星高穩(wěn)定性的平均脈沖受色散等因素

磁場(chǎng)既然是普遍存在的，通過(guò)大量的天文觀測(cè)和研究，認(rèn)識(shí)到的最強(qiáng)磁場(chǎng)存在于脈沖星中。脈沖星又稱(chēng)中子星，是恒星演化到晚期的一類(lèi)星體。根據(jù)天體演化過(guò)程，一般恒星演化到晚期時(shí)，由于原子核聚變產(chǎn)生高熱能所需的核聚變物質(zhì)已經(jīng)用盡，熱能劇減，恒星物質(zhì)的引力便使星體收縮，體積變小，而恒星磁場(chǎng)便因恒星收縮和磁通密度變大而增強(qiáng)。這樣，演化到晚期的恒星磁場(chǎng)便急劇大增。例如，演化到晚期的白矮星的磁場(chǎng)劇增到約10^3~10^4特[斯拉](T），而演化到晚期的脈沖星(中子星）的磁場(chǎng)更劇增到約10^8~10^9特[斯拉]，分別比太陽(yáng)磁場(chǎng)增加約千萬(wàn)到億倍（10^7~10^8倍）和約萬(wàn)億到10萬(wàn)億倍（10^12~10^13倍）。例如圖5便是在地球高空觀測(cè)到的武仙星座X-1脈沖星（中子星）發(fā)射的X射線(xiàn)譜。進(jìn)一步研究認(rèn)識(shí)到這一發(fā)射的X射線(xiàn)譜是由于X-1脈沖星的電子流在磁場(chǎng)中的回旋運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的，而譜線(xiàn)的吸收峰便是電子流在磁場(chǎng)中的回旋共振峰。由回旋共振的位置（X射線(xiàn)的能量）便可計(jì)算出回旋共振的磁場(chǎng)的強(qiáng)度約5×10^8T。這樣強(qiáng)的磁場(chǎng)是科學(xué)技術(shù)在地球上遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到的，科學(xué)技術(shù)在地球上所能得到的磁場(chǎng)的強(qiáng)度僅約10^2T，兩者相差約百萬(wàn)倍（10^6倍）。

根據(jù)對(duì)各處宇宙磁場(chǎng)的觀測(cè)，各種星體的磁場(chǎng)都高于星體之間的星際空間的磁場(chǎng)。例如，在太陽(yáng)系中各行星之間的行星際磁場(chǎng)約為1×10^-9~5×10^-9特[斯拉](T），即約為地球磁場(chǎng)的十萬(wàn)分之一（10^-5）。在各個(gè)恒星之間的恒星際空間的恒星際磁場(chǎng)，常簡(jiǎn)稱(chēng)星際磁場(chǎng)，比行星際磁場(chǎng)更低，大約為5×10^-10~10×10^-10特[斯拉](T），即約為行星際磁場(chǎng)十分之一（10^-1），也就是約為地球磁場(chǎng)的百萬(wàn)分之一（10^-6）。恒星際（空間）磁場(chǎng)主要是應(yīng)用恒星光的偏振觀測(cè)和恒星射電（無(wú)線(xiàn)電波）的塞曼效應(yīng)（即無(wú)線(xiàn)電波在磁場(chǎng)中分裂而改變頻率）觀測(cè)及維持銀河星系結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性理論計(jì)算等來(lái)測(cè)定或估算恒星際磁場(chǎng)。由現(xiàn)代多方面的天文觀測(cè)知道，由大量的恒星形成星系，例如太陽(yáng)便是銀河星系中的一個(gè)恒星，而銀河星系以外的宇宙空間中還有更多更多的星系。星系與星系之間的空間稱(chēng)為星系際空間，根據(jù)多方面的天文觀測(cè)的間接推算和理論估計(jì)，星系際空間的磁場(chǎng)約為10^-13~10^-12特[斯拉](T），即約為行星際磁場(chǎng)的萬(wàn)分之一到千分之一（10^-3~10^-2）。恒星際磁場(chǎng)大約相當(dāng)于人的心（臟）磁場(chǎng)（約百億分之一T），而星系際磁場(chǎng)大約相當(dāng)于人的腦（部）磁場(chǎng)（約萬(wàn)億分之一T），甚至低于腦（部）磁場(chǎng)。

從上面宇宙磁現(xiàn)象的介紹可以看出，宇宙磁現(xiàn)象是宇宙空間到處都存在的，而且許多宇宙磁現(xiàn)象還同科學(xué)研究和我們生活有著密切的關(guān)系，還有著遠(yuǎn)比我們?cè)诘厍蛏辖佑|到的磁場(chǎng)更強(qiáng)和更弱的磁場(chǎng)。

組成物質(zhì)的分子可分為有極分子和無(wú)極分子。有極分子中，正負(fù)電荷的“中心”不集中在一點(diǎn)，因此形成一對(duì)距離很近的等值異號(hào)電荷所構(gòu)成的等效電偶極子，其固有的電偶極矩為p=ql，電偶極子所產(chǎn)生的電場(chǎng)完全由它們的電偶極矩p決定。電偶極子在外電場(chǎng)中所受到的作用力也決定于它的電偶極矩。無(wú)極分子中，正負(fù)電荷的“中心”集中在一點(diǎn)，因此，分子的電偶極矩為零，對(duì)外也不產(chǎn)生電場(chǎng)。在有外電場(chǎng)的情況下，無(wú)論是有極分子或是無(wú)極分子，都會(huì)產(chǎn)生電極化現(xiàn)象，并存在電偶極矩之間的相互作用力。

對(duì)無(wú)極分子及惰性氣體而言，原子結(jié)晶體的結(jié)合力為共價(jià)鍵，共價(jià)鍵是決定物質(zhì)分子化學(xué)性質(zhì)的主要因素。分子晶體的結(jié)合力是范德瓦耳斯力，對(duì)無(wú)極分子來(lái)說(shuō)就是色散力，按照倫敦提出的范德瓦耳斯力的量子理論，無(wú)極分子的電子云分布是球形對(duì)稱(chēng)的，固有電矩為零。因此，它們之間的相互作用能亦為零。這徉無(wú)極分子之間似乎就不存在什么作用，但實(shí)際不然，例如室溫下漠是液體，碘、蔡是固體，H₂、0₂、N₂等無(wú)極分子在低溫下也會(huì)被液化或固化，這些物質(zhì)能維持某種聚集狀態(tài)，說(shuō)明無(wú)極分子之間存在著一種相互作用力，這種力就是色散力。

雖然無(wú)極分子電子云是球形對(duì)稱(chēng)分布，不顯示出固有電矩，這不過(guò)表示在原子核外的四周出現(xiàn)電子的概率相等，即在某段時(shí)間內(nèi),電偶極矩的統(tǒng)計(jì)平均值等于零。但由于每個(gè)分子中的電子不斷運(yùn)動(dòng)和原子核的不斷振動(dòng)，經(jīng)常發(fā)生電子云和原子核之間的瞬時(shí)相對(duì)位移，使分子的正、負(fù)電荷“中心”暫時(shí)不重合，產(chǎn)生瞬時(shí)偶極矩，而且兩個(gè)瞬時(shí)偶極矩必然是采取異極相鄰的狀態(tài)，這些瞬時(shí)偶極矩可以相互作用，相互極化而產(chǎn)生吸引力，這種吸引力如果用帶電粒子的線(xiàn)諧振子代表瞬時(shí)偶極矩,用量子力學(xué)可以證明：

1)兩振子無(wú)相互作用時(shí)，即當(dāng)兩個(gè)諧振子平衡點(diǎn)(正電荷所處位置)之間的距離

2)兩振子有相互作用時(shí)，系統(tǒng)的能量為

比較1)、2)式可以看出，兩振子相互作用后,能量降低了，降低的數(shù)值為：

其中a為極化系數(shù),，h為普朗克常數(shù)，v₀為振子的振動(dòng)頻率。兩振子才能相互作用，表現(xiàn)出它們之間的吸引力。因?yàn)樗cv₀有關(guān)，故稱(chēng)為色散力。無(wú)極性物質(zhì)分子之間正是由于色散力的作用才能凝聚為液體，凝固為固體。因此，色散力是決定無(wú)極性分子物質(zhì)物理性質(zhì)的主要因素。

從上面分析中知道，無(wú)論在哪種情況下，由于無(wú)極分子瞬時(shí)偶極矩的產(chǎn)生，它所具有的電勢(shì)能、排斥能都大于吸引能按照能量最小原理，即原子中每一個(gè)電子都有一個(gè)趨勢(shì)，占據(jù)能量最低的能級(jí)，當(dāng)原子中電子的能量最小時(shí)，整個(gè)原子的能量最低，原子即處于穩(wěn)定狀態(tài)。因?yàn)槟芰孔钚≡砭哂衅毡橐饬x，當(dāng)原子與原子、離子與離子、分子與分子結(jié)合時(shí)，同樣遵循這一原理，所以，分子具有的吸引能(W)的概率大于它所具有的排斥能的概率。正因?yàn)闊o(wú)極分子之間具有最小的吸引能，即最小結(jié)合能，所以無(wú)極分子可以結(jié)合成分子晶體。