脉冲星的辐射机制探讨毕业论文

韩金林在银河系磁场的出色工作中赢得世界赞誉和尊敬，获得国家自然科学奖二等奖。宇宙磁场的起源和演化是物理和天体物理学中长期没有解决的重大问题之一。银河系的磁场虽然极其微弱，但它制约着气体动力学过程，是影响行星、恒星、直至银河系形成和演化的重要因素，是研究极高能宇宙线粒子性质、起源和传播的重要基础。过去对银河系磁场的测量只能到几千光年范围，根本无法研究银河系几万光年尺度的整体磁场。新发现的大量脉冲星是探测银河系大范围磁场的唯一探针。历经十几年努力，他用国际大射电望远镜对大量脉冲星进行近千小时的测量，以第一手资料揭示和确定了银河系几万光年范围内方向和谐的磁场结构；建立了银盘内太阳附近的磁场结构双对称模型。证认出磁场效应的反对称全天分布图，推证出银河系晕中上、下反对称的环向磁场，首次给出星系尺度发电机运行的确切证据（代表性论文2）。首次得到星际磁场在中大尺度上的能谱分布（代表性论文4），为磁场产生和演化的各种模拟研究提供了关键观测依据。韩金林等人的研究使人们对银河系磁场从局域认知发展到整体图像。这些天体物理基础性的研究结果已经对银河系、宇宙磁场的起源和演化、宇宙微波背景辐射等多个学科前沿作出重要贡献，而且还为高能宇宙线起源研究提供了基本前提，从而推动了粒子物理学的发展。国际同行认为其“研究结果对理解银河系磁场的起源和演化显然非常重要”。所建立的银河系磁场结构模型目前被国际同行广泛引用和证实，被评述为“星际介质的关键观测结果”之一，“利用脉冲星最好地探测了银河系盘的磁场”，成为研究星系尺度磁场起源理论研究的重要观测依据。银盘的整体磁场模型以及“首次给出银晕的磁场及强度定量估计”，为研究极高能宇宙线起源和传播提供了基本前提。国际同行有关星系尺度磁场、宇宙磁场的许多重要评述都大段多次引述有关研究结果。银河系磁场的研究结果还为高红移天体的磁场和宇宙磁场提供了标尺，2006年的论文已成为领域标致性论文。韩金林的研究成果已进入两本国际经典天文教科书和一本国际天文研究手册。国际经典教科书《射电天文导论》和《脉冲星天文学》改版时增加了两三页介绍有关结果，并都引用几幅图。综述之一被剑桥《研究天文学家手册》推荐为入门阅读资料。在十多次国际会议(包括2次国际天文学会最高级别的主题编号会议IAU Symp.)上，韩金林被邀请做特邀报告或特邀综述。在2008年的IAU “宇宙磁场：从行星到恒星和星系”会议上，韩金林被邀请做银河系磁场的全面的特邀综述。 脉冲星发现40多年来，脉冲星的偏振辐射特征为长期没有解决的辐射机制难题提供了很多线索和限制。然而问题并没有解决。韩金林关于脉冲星研究工作主要有几个方面：一是申请使用国际大射电望远镜观测了大量脉冲星辐射的偏振轮廓，研究了散射等星际介质传播效应对脉冲星偏振轮廓的影响（Li & Han 2003），并总结了脉冲星偏振辐射的规律（Han et ， You & Han 2006）。二是利用偏振辐射求出的几何和脉冲轮廓构造了脉冲星辐射束的二维亮度分布图(Han & Manchester 2001)。三是参与乔国俊老师领导的脉冲星辐射理论研究，共同讨论并一起指导研究生研究脉冲星辐射区（Xu，Qiao & Han 1997; Zhang, Qiao & Han 1997; Zhang, Qiao, Lin & Han 1997; Xu, Liu, Han & Qiao 2000; Qiao, Liu, Zhang & Han 2001，Zhang, Qiao, Han et al. 2007）；四是指导研究生对脉冲星在银河系里运动和分布进行模拟研究（Sun & Han 2004），并对脉冲星获得的运动速度进行观测总结，探讨并限制初始速度产生机制并进行计算机模拟 (Wang, Lai, Han 2006,2007)。这些工作得到广泛的国际承认。脉冲星的偏振轮廓是解算脉冲星辐射区域所必须的，是脉冲星物理研究的基本素材。我们发表的观测数据已经被广泛引用，还有大批资料待发表。我们关于散射效应对偏振轮廓的影响，不仅被国际几个小组的模拟和观测证实，还发现是脉冲高速采样未分辨的偏振合成必须考虑的效应。考虑关于脉冲星圆偏振总结的论文不仅成为理论研究常用的经典观测论据，还被剑桥出版《脉冲星天文学》引用。利用脉冲轮廓合成的脉冲星辐射束已经被所有综述和剑桥的教科书《脉冲星天文学》和《研究天文学家手册》引用。脉冲星的初始速度观测限制的工作也已经成为该研究方向的经典，被所有相关研究引用。 星系和星系团的是宇宙结构的基本单元。星系的形成和演化是当代天体物理的重大前沿领域课题。韩金林在这方面的工作有几个部分：一是利用国际大射电望远镜对邻近星系M31和NGC2997进行了偏振观测，探测了它们的磁场结构（Han et al. 1998,1999, Men & Han 2005）；二是对旋涡星系的Tully-Fish关系（光度和旋转速度）进行研究，发现星系的光度、旋转速度和星系半径构成基本面（Han et al. 2001）；三是与吴学兵合作研究星系核和黑洞质量(Wu & Han 2001a,b)，并共同指导研究生研究活动星系核的变化及Baldwin效应(Kong et al. 2004,2006)；四是指导研究生研究星系并合及其引力波辐射；五是合作研究星系团的引力透镜效应（Wu & Han 1995），并指导学生从SDSS证认出目前最大的星系团样本，并发现一批罕见的引力透镜光弧(Wen et al. 2008,2009)。这些工作有很好的国际承认。对邻近星系M31的背景射电源的法拉第观测成为下一代射电望远镜SKA观测的初级模板。对旋涡星系Tully-Fish关系引入半径构成基本面不仅被理论研究证实，最近还被新的样本证实。与研究生一起精确确定的局域宇宙星系并合率为引力波背景的计算提供了一个方面非常确定的观测限制。与研究生一起证认的星系团样本将对宇宙结构等多个方面产生重要影响。 利用中德马普合作框架、由德国马普射电天文研究所和国家天文台共同研制的6厘米观测系统, 于2004年8月克服各种困难，安装在乌鲁木齐25米射电望远镜上,建成我国射电天文界第一个在厘米波段最灵敏的全偏振系统。此后，它带动了一批课题。韩金林负责的银道面6厘米的偏振巡天项目已经发现了6个新的HII区，还发现了非常稀有的星际介质法拉第屏（Sun et al. 2006, Shi et al. 2008）。项目组还对大角径的超新星遗迹（例天鹅圈遗迹,HB3）进行了观测，确定了超新星遗迹首例辐射谱偏折(S147)，观测了最暗弱的超新星遗G156和G65，等等。这些观测均已指导学生完成论文在A&A上发表（见附录4：国际刊物论文列表超新星遗迹部分）。该6厘米系统的建立使得大量的射电变源（IDV）的观测、射电射电复合线H110a和H2CO谱线的观测、EVN网的6厘米最长基线的偏振观测等成为可能。不仅使射电天文在中国的观测研究实实在在开辟了新的天空，带动一批课题，在国际刊物发表了十多篇论文，也使中国射电天文技术水平因为合作而得以很大提高。韩金林为中国的天文事业培养了3名硕士研究生和9名博士研究生毕业，另外还有9名硕士博士研究生在读。毕业的博士生成为各单位的骨干，其中博士毕业生孙晓辉在马普射电所做一年博士后之后回团组工作成为骨干；博士毕业生王陈还获得中国科学院的院长优秀奖，成为天体辐射和传播的理论专家。目前他在国家天文台建立的致密天体和弥漫介质研究团组已经成为单位天文研究最重要的力量之一。

脉冲星（也叫中子星），每隔1段时间（大约1-3秒）发出波.实际上，脉冲星并非或明或暗。它们发射出恒定的能量流。这一能量汇聚成一束电磁粒子流，从星体的磁极以光速喷射出来。中子星的磁轴与旋转轴之间成一定角度，这与在地球上，磁北和磁北的地理位置略有不同一样。星体旋转时，这一能量束就象灯塔的光束或救护车警灯一样，扫过太空。只有当此能量束直接照射到地球时，我们才能用射电望远镜探测到脉冲星。 脉冲星靠消耗自转能而弥补辐射出去的能量，因而自转会逐渐放慢。但是这种变慢非常缓慢，以致于信号周期的精确度能够超过原子钟。而从脉冲星的周期就可以推测出其年龄的大小，周期越短的脉冲星越年轻。 所以真实上所谓的脉冲星是一直在放出能量流的，只不过地球接收到的是脉冲的。