毫秒脉冲星极弱信号的检测与平均脉冲消色散方法研究

某些毫秒脉冲星的辐射脉冲周期有极高的稳定性，研究表明可作为长期稳定度极高的天文时钟和频率基准，也可用来监测原子时的长期稳定度。高精度的时间标准对于天体物理学、测量学、信息科学、引力波天文学、广义相对论等学科的研究有重要的理论意义和广阔的应用价值。然而，毫秒脉冲星辐射波到达地球时的信号极微弱（E-30W，1.5GHz），且常被背景噪声所淹没，检测十分困难；体现毫秒脉冲星高稳定性的平均脉冲受色散等因素

磁场既然是普遍存在的，通过大量的天文观测和研究，认识到的最强磁场存在于脉冲星中。脉冲星又称中子星，是恒星演化到晚期的一类星体。根据天体演化过程，一般恒星演化到晚期时，由于原子核聚变产生高热能所需的核聚变物质已经用尽，热能剧减，恒星物质的引力便使星体收缩，体积变小，而恒星磁场便因恒星收缩和磁通密度变大而增强。这样，演化到晚期的恒星磁场便急剧大增。例如，演化到晚期的白矮星的磁场剧增到约10^3~10^4特[斯拉](T），而演化到晚期的脉冲星(中子星）的磁场更剧增到约10^8~10^9特[斯拉]，分别比太阳磁场增加约千万到亿倍（10^7~10^8倍）和约万亿到10万亿倍（10^12~10^13倍）。例如图5便是在地球高空观测到的武仙星座X-1脉冲星（中子星）发射的X射线谱。进一步研究认识到这一发射的X射线谱是由于X-1脉冲星的电子流在磁场中的回旋运动产生的，而谱线的吸收峰便是电子流在磁场中的回旋共振峰。由回旋共振的位置（X射线的能量）便可计算出回旋共振的磁场的强度约5×10^8T。这样强的磁场是科学技术在地球上远远达不到的，科学技术在地球上所能得到的磁场的强度仅约10^2T，两者相差约百万倍（10^6倍）。

根据对各处宇宙磁场的观测，各种星体的磁场都高于星体之间的星际空间的磁场。例如，在太阳系中各行星之间的行星际磁场约为1×10^-9~5×10^-9特[斯拉](T），即约为地球磁场的十万分之一（10^-5）。在各个恒星之间的恒星际空间的恒星际磁场，常简称星际磁场，比行星际磁场更低，大约为5×10^-10~10×10^-10特[斯拉](T），即约为行星际磁场十分之一（10^-1），也就是约为地球磁场的百万分之一（10^-6）。恒星际（空间）磁场主要是应用恒星光的偏振观测和恒星射电（无线电波）的塞曼效应（即无线电波在磁场中分裂而改变频率）观测及维持银河星系结构的稳定性理论计算等来测定或估算恒星际磁场。由现代多方面的天文观测知道，由大量的恒星形成星系，例如太阳便是银河星系中的一个恒星，而银河星系以外的宇宙空间中还有更多更多的星系。星系与星系之间的空间称为星系际空间，根据多方面的天文观测的间接推算和理论估计，星系际空间的磁场约为10^-13~10^-12特[斯拉](T），即约为行星际磁场的万分之一到千分之一（10^-3~10^-2）。恒星际磁场大约相当于人的心（脏）磁场（约百亿分之一T），而星系际磁场大约相当于人的脑（部）磁场（约万亿分之一T），甚至低于脑（部）磁场。

从上面宇宙磁现象的介绍可以看出，宇宙磁现象是宇宙空间到处都存在的，而且许多宇宙磁现象还同科学研究和我们生活有着密切的关系，还有着远比我们在地球上接触到的磁场更强和更弱的磁场。

组成物质的分子可分为有极分子和无极分子。有极分子中，正负电荷的“中心”不集中在一点，因此形成一对距离很近的等值异号电荷所构成的等效电偶极子，其固有的电偶极矩为p=ql，电偶极子所产生的电场完全由它们的电偶极矩p决定。电偶极子在外电场中所受到的作用力也决定于它的电偶极矩。无极分子中，正负电荷的“中心”集中在一点，因此，分子的电偶极矩为零，对外也不产生电场。在有外电场的情况下，无论是有极分子或是无极分子，都会产生电极化现象，并存在电偶极矩之间的相互作用力。

对无极分子及惰性气体而言，原子结晶体的结合力为共价键，共价键是决定物质分子化学性质的主要因素。分子晶体的结合力是范德瓦耳斯力，对无极分子来说就是色散力，按照伦敦提出的范德瓦耳斯力的量子理论，无极分子的电子云分布是球形对称的，固有电矩为零。因此，它们之间的相互作用能亦为零。这徉无极分子之间似乎就不存在什么作用，但实际不然，例如室温下漠是液体，碘、蔡是固体，H₂、0₂、N₂等无极分子在低温下也会被液化或固化，这些物质能维持某种聚集状态，说明无极分子之间存在着一种相互作用力，这种力就是色散力。

虽然无极分子电子云是球形对称分布，不显示出固有电矩，这不过表示在原子核外的四周出现电子的概率相等，即在某段时间内,电偶极矩的统计平均值等于零。但由于每个分子中的电子不断运动和原子核的不断振动，经常发生电子云和原子核之间的瞬时相对位移，使分子的正、负电荷“中心”暂时不重合，产生瞬时偶极矩，而且两个瞬时偶极矩必然是采取异极相邻的状态，这些瞬时偶极矩可以相互作用，相互极化而产生吸引力，这种吸引力如果用带电粒子的线谐振子代表瞬时偶极矩,用量子力学可以证明：

1)两振子无相互作用时，即当两个谐振子平衡点(正电荷所处位置)之间的距离

2)两振子有相互作用时，系统的能量为

比较1)、2)式可以看出，两振子相互作用后,能量降低了，降低的数值为：

其中a为极化系数,，h为普朗克常数，v₀为振子的振动频率。两振子才能相互作用，表现出它们之间的吸引力。因为它与v₀有关，故称为色散力。无极性物质分子之间正是由于色散力的作用才能凝聚为液体，凝固为固体。因此，色散力是决定无极性分子物质物理性质的主要因素。

从上面分析中知道，无论在哪种情况下，由于无极分子瞬时偶极矩的产生，它所具有的电势能、排斥能都大于吸引能按照能量最小原理，即原子中每一个电子都有一个趋势，占据能量最低的能级，当原子中电子的能量最小时，整个原子的能量最低，原子即处于稳定状态。因为能量最小原理具有普遍意义，当原子与原子、离子与离子、分子与分子结合时，同样遵循这一原理，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。正因为无极分子之间具有最小的吸引能，即最小结合能，所以无极分子可以结合成分子晶体。