类星体之谜

为了测天，人类巧铸了各式各样的“量天尺”。凭着它们，天文学家已经量出近到月球远至星系和星系团的各式各样天体的距离：从几十万千米直至几十亿光年，它们的远近相差达100 000 000 000 000 000倍以上。然而，在茫茫太空之中却还有那么一些显赫的天体，它们的距离曾经令多少天文学家迷惑莫解。为此，我们得先从太空深处众多的“电台”——射电源——谈起，它们每时每刻都在发射大量的无线电波。

早在20世纪40年代后期，英国天文学家马丁·赖尔（Martin Ryle，1918—1984）就领导剑桥大学的射电天文小组，测定了50个射电源的位置，并于1950年刊布了《剑桥第一射电源表》，简称1C星表。1955年他们又发表了《剑桥第二射电源表》，简称2C星表。更著名的是1959年发布的《剑桥第三射电源表》，即3C星表，许多重要的射电源就是以它们在3C表中的序号命名的，例如3C48、3C273等。在日后的岁月中，又伴随着观测设备的不断更新和发展，先后诞生了4C、5C……甚至10C星表。

许许多多射电源，都是直接用射电望远镜在天空中搜寻到的。它们究竟是些什么样的天体？倘若用光学望远镜进行观测，能不能进一步看清楚它们的真面目？从20世纪50年代末开始，天文学家们想要揭开这层神秘面纱的愿望变得越来越迫切了。

图68　美国帕洛玛山天文台口径5.08米的巨型反射望远镜

通常这些射电源都十分庞大，例如，它们可以是遥远的星系。然而在1960年，美国天文学家桑德奇和加拿大天文学家马修斯（Thomas Arnold Matthews，1927—　）首次发现了情况并非完全如此。他们用当时世界上最大的光学天文望远镜——美国帕洛玛山天文台口径5.08米的巨型反射望远镜（图68），仔细搜索一些小得异乎寻常的射电源，第一次在照相底片上找到一个位置恰好与射电源3C48完全吻合的恒星状天体。1962年，英国天文学家哈泽德（Cyril Hazard，1928—　）又识别出射电源3C273的位置与一个视星等为13等的恒星状天体密切吻合。几年之内，人们发现了好些这样的天体，奇怪的是它们的光谱都很特别，其中的光谱线早先在任何恒星光谱中都从未见过。

1963年，旅美荷兰天文学家马丁·施密特（Maarten Schmidt，1929—　）也用帕洛玛山的5.08米反射望远镜拍摄3C273的光谱，并成功地辨认出其中那些奇怪的光谱线其实就是氢原子产生的谱线，但是它们的红移量大得出奇，达到了0.158。3C48也与3C273相似，而它的光谱线红移量更大，达到了0.367。巨大的红移量使得原本处于光谱紫端的那些谱线竟然移到了光谱的绿区、黄区、红区，甚至红外区，人们起初不明究竟，自然觉得好奇费解，是施密特的发现解开了困扰国际天文学界3年之久的这个谜团。

1965年，桑德奇又发现有些天体并不发射无线电波，但它们的光谱线也有同样巨大的红移。最后，人们将这两种（即发射或不发射无线电波的）似星非星的天体统称为“类星体”。类星体是前所未知的一类全新的天体，也是20世纪60年代最重大的天文发现之一。到20世纪末，天文学家发现的类星体已经数以万计。

类星体的巨大红移，是天文学中最惑人的疑谜之一。如果认为这种巨大红移的起因是多普勒效应，那么就可以推算出类星体的退行速度高达几万千米每秒。例如，根据类星体3C273的红移量0.158，可推算出其退行速度达47 000千米/秒，再由哈勃定律又可推断它距离我们几乎远达20亿光年。再如，一个红移量为5.0的类星体，其相应的退行速度超过光速的9/10，即超过270 000千米/秒，根据哈勃定律可知，它同我们的距离超过了100亿光年。

然而，类星体果真如此遥远吗？

对这个问题的回答，并不像乍一看那么容易。你看，如果将太阳那样的普通恒星移到320 000光年那么远，它的视星等便降到24等，因而很难被我们发现了；如果将仙女星系M31这么巨大的旋涡星系移到20亿光年的距离上，那么它就会暗到20.5等，这要比3C273的视亮度暗上1000倍；而如果将M31移到100亿光年处，我们就难以再用望远镜找到它。然而，类星体在那么遥远的地方，却仍然亮得足以让天文学家把它们的光谱拍摄下来。由此可见，一个普通的类星体所辐射的光能量甚至比一个巨大的星系还要多。可是另一方面，类星体又是那么小，以至于看上去仿佛只是一个恒星似的光点。有什么方法能够在那么小的体积中产生那么多的能量呢？

于是，有人开始质疑了：类星体究竟是不是那么远不可及？

倘若类星体实际上并不那么遥远，而是在我们银河系之内的话，那么按其视亮度推算，它的发光能力就与寻常的恒星相差不远了。假如这样的话，那么类星体的巨大红移就不一定是巨大的退行速度造成的了。然而，如此一来，又有什么原因能造成如此巨大的红移呢？这又是一个新难题。

本书的目的并不是详细地探讨类星体的奥秘，但是类星体的“红移-距离之谜”却表明，只有深入地弄清它们有多远，才能更深刻地认清它们的本质。如今，多数天文学家都已认同，类星体不是恒星，而是星系一级的天体。在类星体的中央，存在着一个超大质量的黑洞——其质量相当于10亿个太阳的总和！当四周的物质因受到这个黑洞的巨大引力而沿着螺旋状的轨迹向它下落时，就会释放出极其可观的巨额能量，这便是类星体神秘的能源之所在。

大自然的景色丰富多彩，宇宙中的奥秘无穷无尽。它们披戴的神奇面纱，正期待着人类以无尽的智慧去逐一揭开。人们已经多次向茫茫太空派出自己的“使者”。在飞出地球、探测月球和各大行星之后，接着便是飞出太阳系了。