§1.2 行星际闪烁观测和脉冲星的发现
有不少天文学家对中子星的理论及搜寻方法做了很出色的研究，并且还应用光学、射电和X射线观测设备进行了具体的搜寻，有的观测还真的搜寻到了中子星，但是相见不相识．直到1967年Hewish和他的学生Bell发现的脉冲星才很快得到国际学术界的公认．
1.2.1 行星际闪烁的研究为发现脉冲星铺平道路
Hewish和Bell发现中子星得益于行星际闪烁的研究．Hewish不愧为行星际闪烁的发现者和这种研究领域的开创者．早在1948年，他就参加了Ryle领导的剑桥小组，开始研究射电源强度起伏的现象．他从理论上弄清了射电源强度的不规则起伏是地球电离层引起的电波闪烁．1954年，Hewish根据衍射理论推导出一个重要的结论：一个角径足够小的射电源，它的辐射通过太阳的日冕时可能产生明显的闪烁．1961年，他应用射电干涉仪对一批亮射电源进行天体测量，发现有几个射电源的辐射强度有不正常的扰动，进而发现这些射电源强度的扰动与太阳风密度的不规则变化有关．1962年他提出，如果日冕的不均匀性延伸到整个行星际空间的话，这种现象就成为行星际闪烁．为了深入分析闪烁现象，他研究了无线电波在不均匀透明介质中的传播理论，提出了“相位屏衍射”理论．
1963年，被誉为20世纪60年代天文四大发现之一的类星体成为天文学家追逐的目标．类星体角径很小，类似一颗恒星，有很大的红移．它们的线尺度比星系小很多，但是释放的能量却是星系的千倍以上．类星体是迄今为止天文学家所知道的光度最大、距离最遥远、年龄最老的天体，在宇宙学和天体物理学上有着极其重要的意义．很快，搜寻类星体形成一大热点．类星体是射电望远镜发现的，从现已发表的射电源表中挑选候选者是最成功、最快捷的方法．当时英国和澳大利亚已发表了一些巡天获得的射电源表，以剑桥大学的第3个星表（简称3C）最为有名，共有471个射电源．最早发现的2个类星体都是3C星表中的源．3C星表是用射电干涉仪在159MHz频率上观测的，分辨率不高，为角分量级．1964年Hewish等在178MHz频率上对一些类星体和星系进行行星际闪烁的观测，结果表明在波长大于1m的情况下，只有那些角径小于0.5″～1″的射电源才会发生星际闪烁．在米波段，行星际闪烁技术能提供0.5″～1″的分辨率．观测射电源的行星际闪烁不仅可以研究射电源角径，还可以研究行星际介质和太阳风．
1965年，为了发现类星体的候选体，剑桥大学射电天文台决定建造一台专门用于观测行星际闪烁的大型射电望远镜，由Hewish教授领衔设计和建造．因为行星际闪烁随波长的增加而增强，他们选择了3.7m的波长．类星体是河外射电源，离我们特别遥远，流量密度特别微弱，必须要有足够大的天线面积．米波天线技术难度不大、成本低廉，师生自己就完成了设计和制作任务．天线为长470m，宽45m的矩形天线阵，由16排，每排128个振子天线，共2048个振子组成．一排排振子挂在1000多根约3m高的木杆上．振子和馈线是用较粗的铜线做的．总共用了近200km的铜线、电缆和涤纶链线，还有24000个塑料绝缘子．天线接收面积超过21000m2，灵敏度很高（如图1.1所示）.
图1.1 剑桥大学闪烁望远镜．（Hewish提供，选自MT77）
行星际闪烁是短时标的变化，要求射电望远镜接收系统的时间分辨率达到0.1s．望远镜固定不动，射电源因地球自转每天经过望远镜的天线方向主瓣一次，前后约几分钟．为了测定行星际闪烁对日距角的关系，要求对每个射电源重复地进行测量．
和当时英国Jodrell Bank的76m直径射电望远镜相比，这是一台造价很低、构造比较简陋、功能单一的射电望远镜．然而，谁也没有想到，研制“行星际闪烁”专用设备却为发现中子星铺平了道路．Hewish好像是“专门”为发现脉冲星而设计这台射电望远镜的．望远镜接收面积特别大解决了脉冲星的辐射特别微弱的问题；脉冲星辐射是幂律谱，恰好在3.7m波段比较强；望远镜接收机的时间分辨率选在0.1s，恰好比大多数脉冲星的周期短；行星际闪烁的观测要求重复测量则是发现这种与“干扰”很像的脉冲星信号所必不可少的步骤．真可谓“万事俱备”了．
1.2.2 Bell发现脉冲星
Bell女士在英国格拉斯哥大学获物理学学士以后，来到剑桥大学攻读博士，研究方向就是行星际闪烁．她一入学就全力投入到闪烁望远镜的建设中．1967年7月，望远镜建成投入运行，她负责观测，每周重复巡视一次，每天的记录纸有七八米．6个月的观测取得了5.6km的记录纸的原始资料（图1.2是其中发现第一颗脉冲星的原始记录）．望远镜非常灵敏，不仅能接收遥远天体的射电辐射，也很容易接收到附近的无线电干扰．区分闪烁源和干扰成为每天必做的工作．在观测程序上，重复观测有助于把干扰识别出来．
图1.2 发现脉冲星PSRB1919+21（CP1919）的原始记录．（Hewish, et al.,1968）
8月，Bell注意到一个发生在深夜的“闪烁源”，这是不寻常的，因为夜晚太阳风很弱，不会有强闪烁源，而且其所在的天区也没有要观测的射电源．Bell提醒她的老师注意，建议进一步研究．
在排除了人为干扰和确认这个信号遵守恒星时以后，Hewish认为这可能是一颗来自太阳系之外的射电耀星，于是决定用快速记录仪确定信号的性质，看一看它是否与太阳耀斑的射电辐射有相似的性质．由于这个源时隐时现，一直等到11月28日，才成功地记录到这个起伏信号，发现是一系列强度不等但时间间隔基本相等的脉冲，脉冲的间隔约为1.33s，很像通讯用的电报．Hewish指出：“任何已知天体的辐射都不曾有过这样的短周期脉冲．这些规则脉冲很可能是人工产生的．”他猜想，这可能是在太阳系外围绕恒星做轨道运动的行星上的“小绿人”发出的信号．最初发现的4颗脉冲星曾取名为“小绿人1,2,3,4号”，引起了广大公众的极大兴趣．紧接着他对这个想法进行了严格的检验，地外生命只能生活在类似我们地球的行星上，如果这些信号是地外文明打来的电报，那么这些脉冲信号中必然附加了行星轨道运动所产生的Doppler位移．他们认真分析了观测资料，没有检测出这种Doppler位移，从而否定了小绿人发来电报的看法．
Hewish发展了一种测量脉冲星准确周期的方法，利用精确的时标，并修正地球轨道运动的影响，测出脉冲的周期是1.3372795s，精确到千万分之一秒．他们终于确认脉冲信号是来自一种新型的天体——脉冲星的辐射．当时取名为CP1919, CP为剑桥大学，1919是脉冲星的赤经．后来按脉冲星命名方法，这个天体被命名为PSRB1919+21．最先发现的4颗脉冲星中名叫PSRB0950+08的脉冲周期最短，仅0.25s，这样短的周期对判断其是否为中子星起着至关紧要的作用．图1.3给出了PSRB0329+54的观测结果．
图1.3 Bell发现的4颗脉冲星中最强的PSRB0329+54的观测结果．
作为脉冲星的最先发现者，Bell的功绩是不可磨灭的．她的博士论文研究方向是行星际闪烁观测研究．她对观测资料的分析一丝不苟，不放过任何一个疑点，终于发现了脉冲星．她说：“我在这儿搞一项新的技术来拿博士学位，可一帮傻乎乎的小绿人却选择了我的天线和频率来同我们通讯．”这诉说了她发现脉冲星的好运气．然而，偶然发现并不是仅凭运气，如果没有她的“细心”和“坚韧”，物理学家所预言的中子星的发现又不知要推迟多少年．发现脉冲星的第二年，Bell获得博士学位，博士论文的主题仍是类星体的行星际闪烁，仅在附录中提到了脉冲星的发现．