读者也许还记得，一年前我写了一篇专栏文章，以庆祝20世纪天文学上享有盛名的大辩论75周年。当时参与辩论的双方代表人物是哈罗 · 沙伯利（Harlow Shopley），他是华盛顿卡内基学院威尔逊山天文台的研究员，以及加州大学里克天文台的赫伯 · 克迪斯（Heber Cartis）。辩论发生于1920年4月20日，辩论的焦点问题是 :螺旋状星云是与银河系有关，还是相对独立的星系。正如阿瑟 · 爱丁顿（Arthur Eddington）用本世纪20年代典型的英国方式所描述的那样：“是平等的帝国……还是殖民地”。这次大辩论，并未令人愈到吃惊，所讨论的问题最终未能得出确切的结论。而这个问题大约在5年后，主要由艾德温 · 哈勃（Edwin Hubble）所解决。不过，辩论激发了公众的想象力并因此而成为基础天文学教科书的重要组成部分，

大辩论75周年纪念活动的主持者，现供职于美国国家航空航天局（NASA）和乔治 · 马逊大学的罗伯特 · 涅米洛夫（Robert Nemiroff），倡议在1995年举办另一个类似的辩论来进行纪念。这一次，对于这个难题，正如它以前曾耗费了无数天文学家数十年的思辨才智仍悬而未决的谜那样，现在终于被解开了。这个谜是这样的：每天从地球外某处辐射过来的短而具有极强能量的γ射线爆丛（短脉冲群）到底起源于何处，来源于何物。

新一场辩论（1995年4月20日），参辩双方的代表人是芝加哥大学的唐纳得 · 兰姆（Donald Lamb）和普林斯顿大学的波丹 · 巴津斯基（Bohdan Paczynski）。剑桥大学的马丁 · 李兹爵士（Sir Martin Rees）充当调解员。基本上，兰姆的观点认为，γ射线爆源（以前称为脉冲源）是位于我们所处星系周围的巨大光圈之中的中子星。而巴律斯基则认为至今仍未确切了解其本性的爆源应位于比兰姆所述距离还远大约10000倍天文单位距离处。

正如天文学上许多新发现那样，γ射线爆丛的发现纯属偶然。事情源于冷战时期的60年代，当时对立双方都急切地监视着对方的活动。美国对核弹试验特别关心，据说由于害怕苏联会在月球上进行核试验，而在月球上发生的事情，地球上的人们显然不能控制，为防患于未然，美国把许多人造卫星送入绕着地球转动的轨道，这些轨道与地球相距大约25万公里。利用这些卫星，可以连续地观测几乎整个太空和地球表面。实际上在遥远的月球那里核爆炸仍然不能直接观测到，但考虑到核爆炸以及随之而来的冲击波，会产生具放射性的尘埃和带有碎片的蘑菇云，它们还会在月球表面释放出X射线和γ射线，因此人们在卫星上装有专门设计的接收这种射线的探测器。

地球周围的爆源

随着时间的流逝，还从未在月球上测到过核爆炸。但是卫星确实收集到以每年10或20次的频率来自各个方向的γ射线随机性爆丛。通过测定不同卫星上所接收到的爆丛到达时刻，科学家不仅要能探知爆源的方向而且还要知道它们是否距离地球很近。结果证明爆源必定位于内层太阳系之外，因此大多数行星都被排除掉了。

γ射线的观测报告并未被军方加以分类。最终只受到天文学家的重视。第一篇报告是1973年在天体物理学杂志上发表的一篇论文。自然，爆源方向的确定相对来说不够准确，人们想知道爆丛是否与存在于天体中许多奇怪的物质相一致。回答是否定的，就人们现在所知而言，它们仍是未能清楚识别其类型的物质。更令人感到奇异的是有关γ射线爆丛的观测信息并未附带有其他任何一种波长的爆丛的报告。直至今日，爆丛，无论它们为何种类型、最终都仅是具有最高能量频率的物质所释放出的脉冲，而不是别的东西，更不是X射线所为了。

情况的发展对理论家而言简直就像进了天堂一样 :不受任何既存事实的约束。仅在第一篇天体物理学杂志上的论文发表后的两年时间里，一位激烈的评论家提出已经存在这样理论即认为存在比报告到的所有数目还多得多的爆源。迄今为止有关γ射线爆源的论文已超过2000篇，然而正如该领域一位经验丰富的研究者杰拉尔特 · 费希曼（Gerald Fishman）所说 :“它们可能仍旧是在太空中观测到并且至少能被人理解的那些物质。”

又过了许多年，由于观测条件得到改善，新的问题出现在理论家的面前，因为卫星上安装了灵敏度更高的探测器，使得探测的速率也从每年一打或者两打上升到每年300多个或者是每天一个。许多年来，在先锋维纳斯轨道飞行器PVO（Pioneer Venus Orbiter）上连续进行的实验中获得了一些极好的数据。1991年4月在康普顿γ射线天文台送入轨道的爆丛和瞬态源实验号卫星BATSE（the Burst and Transient Source Experiment），使得研究对象发生了巨大变化。

随着PVO号卫星数据的出现，可以清楚地看出爆丛在太空中呈随机分布状态。其可观测强度服从通常所说的3/2次方强度定律。就是说，累积数N关于某个变量P所获得的强度依赖于P的-1.5次方。这也暗示了爆源在三维欧几里得空间中呈现均匀分布状态。同时也指出我们所探测的物体相对来说是近的。可以说其距离在几个千秒差距以内。（秒差距是距离单位，相当于3.26光年，大约3×10¹⁶米）

基于上述结论得出的理论包含了这种可能性，，即爆源位于远在太阳系之外的彗星云层中。大约有，10¹¹个彗核的球状外壳起源于日地间距离的50000倍处。γ射线爆丝是怎样产生的则令人感到有点错综复杂，可以断定彗星-彗星间或者彗星-宇宙初生物-黑洞间会发生碰撞。不过，无论如何，这种理论都未尽人意，因为我们所处的星系具有随机涨落作用，星云不可能完全呈球状。几乎可以肯定随着距离的变化彗星数目的密度也将跟着变。

站在先锋维纳斯轨道飞行器（PVO）时代所能达到的高度来看，最令人满意的理论是 :爆源以某种方式内涵与银河系圆盘状星云相距千秒差距的中子星。中子星就是像超新星一样爆炸的具有质量的恒星残留核。其典型特征是直径为10公里，质量是太阳的几倍。因此中子星具有核子的密度，并由此而得名。其磁场强度范围将达到10¹²高斯，甚至更多。总之，对于γ射线爆源理论模型而言，中子星的奇异特性使其成为一个很好的研究起始点。

爆源和中子星

爆丛和瞬态源实验号卫星（BATSE）改变了一切。其灵敏度大约是先锋维纳斯轨道飞行器（PVO）的30倍。BATSE上的数据有望使人们获得清楚的认识，因为如果BATSE在几乎不可能找到爆源且在银河系平面内天体图上爆点的密度开始增大的圆盘光环之外，发现微弱爆源的话，就足以证明由于银河系平面内日益增长的中子星密度而导致各向异性现象。事实上，因为我们处在距银河系中心相当远的位置上，预计在天体图上位于中心方向爆源的集中度会变得更高。

令人感到惊异的是，几乎所有的爆丛探测器包括BATSE，对这种情况没有得出任何结论。确实是探测到许多更弱的爆源，对于极弱爆源N~P^-0.8，仅仅是各向同性现象加强了，但不遵守3/2次方强度定律。这表明要么BATSE探测范围已超过爆源分布边缘，要么涉及到非欧几里得空间即大约在吉秒差距的宇宙距离单位范围内分布：果真如此，理论家们将向何处探索？

现在让我们回到兰姆（Lamb）和巴津斯基（Paczynski）的辩论上来。兰姆赞同中子星是爆源，只不过现在确定它们的位置处在环绕银河系其半径大约为100千秒差距的巨大的光圈内。而巴津斯基则更欣赏吉秒差距宇宙距离范围，甚至认为在这样的距离范围内至今仍未有一个令人满意的爆源理论模型。

中子星通常具有极高的旋转速率，大约千分之一秒每转。中子星的强磁场发射出冷电磁射线（尤其是电磁波）。旋转运动使射线后掠并环绕中子星本身。要是偶然靠近射线旋转面，射电望远镜就会探测到反复掠过的脉冲射线序列。这种中子星称为脉冲星。事实上，这几乎是探测中子星的唯一办法。

兰姆主要基于以下两方面的事实做出选择 :首先，近来发现约有一半的脉冲星具有800 km/s的速度，而且在某些情况下至少是该值的2倍。以这种速度，它们将在小于10⁸年甚至相对而言更短的时间内到达预定光圈并呈各向同性分布。其次，存在三类已知的γ射线爆丛由同一爆源产生的事件，并且这三个事件都与初期超新星残余物（恒星爆炸的分散物）有关。当然，这就是中子星的发源地。与假定位于100千秒差距的光圈相比，这三个事件中有一个位于已知的50千秒差距的巨蟹座星系中。已记录在案的17种爆源中，有一种其特性与许多非重复性爆源相一致。

兰姆还引用了别的证据把中子星和爆源联系起来，特别是某些具有谱线，亦称回旋线爆丛的早期证据。要说明这种情况要求有强磁场，而中子星正好具有这样的场。然而巴津斯基对这种观点并非全部相信，他认为不存在爆源光环，并指出在距离银河系700千秒差距以外的仙女座星系那里，估计可能存在类似的光环，只不过在爆丛天体图上根本看不到。之所以产生对立的观点是由于在如此遥远的距离处，BATSE已丧失其灵敏度，无法探测到中子星爆源。但是巴津斯基认为，按他们所假定的速度，某些仙女座星系的爆源现在应该到达银河系。虽然对仙女座星系的探索毫无进展：要么仙女座上根本不存在爆源，要么在某个特定时间后它不再释放宇宙射线。尤为奇特的是，巴津斯基认为天体光圈内不存在爆源，要是爆源产生于天体星系光圈中，它将呈现各向同性！巴津斯基所持坚定不移的观点是 :只能根据目前爆源的分布状态来确定其特征。

宇宙学理论所采用的方法

对于重复性爆源，巴津斯基认为它们的特性具有某些相似之处。就其来源而言，重复性爆源比非重复性爆源差异更大。他还指出回旋线并非固定不变，因而可靠性和灵敏度最高的BATSE至今仍未发现有关这种线的任何情况。

巴津斯基过于偏爱宇宙学理论的情况似乎有点不负责任。他对星系光圈理论持怀疑态度，并认为只有宇宙学理论才是唯一可采用的方案。这种理论强就强在它易于解释爆源的各向同性现象和不遵守3/2次方强度定律，而由于红移效应，这将会导致宇宙膨胀。更为可靠的证据是较弱的爆丛似乎寿命更长。对于极为遥远的爆源而言，应是相对论时间流逝变慢效应所致，但对此并无确切把握，这种理论的严重缺陷在于它并未提出到底是什么机制产生能量巨大的爆丛，以至于我们竞能在宇宙空间内探测到它发出的信号。

当然，在辩论中还有许多证据和讨论过的问题这里都未曾提到。但是平心而论，正如第一次大辩论那样，双方的胜负未见分晓。调解员也很明智，并未提议通过投票表决。

未来的结果将如何？关键在于仙女座是否存在爆源光圈。要是存在，则星系光圈理论获胜，否则胜者将是宇宙学理论。这将依赖于一种比BATSE灵敏度高一到两个数量级的探测器来解决。不过，假使这种情况能实现，新型的，处于适当位置的卫星就可以通过改善其探测方法采用其它型式的波长来寻找爆源并测试出其对应物。《自然》杂志已报道，在马里兰的戈达特太空飞行中心，其BATSE上探测器的快速反应系统发现了突然出现的爆丛，并立即算出爆丛在太空的位置且通过光纤通讯国际互联网和射电望远镜送往全世界，以便太空中同一区域的7射线爆丛能在几秒之内以更长的波长探测到。

当你了解我们现在所作出的解答后，再回头看看当初大辩论时的情形，你会露出欣慰的笑容。我相信在庆祝大辩论100周年纪念日时，再回头看看1995年辩论的情形，我们脸上同样会露出欣慰的笑容。

[American Scientist，1996年9~10月号]