脉冲星能用来做什么？

深蓝色的畅想

这些特性，让科学家们“开发”出了脉冲星的应用。实际应用最多的有两个：一是将脉冲星作为探针，用来探测银河系中星际介质的分布和密度；二是用来探测银河系的磁场分布与强度。科学家们已经在这两个方向上努力了很多年。此外，科学家们也在探索将脉冲星用于计时和引力波探测。

脉冲星被称为照亮银河的“手电筒”。我们知道，银河系中有数以万亿计的星星将夜空点亮如篝火，而就在这绚丽的光亮中，仍然充斥着片片黑暗。人类的眼睛已看不清藏匿在这黑暗中的角色，我们需要一个特殊的手段来使它无所遁形——用脉冲星的“星光”来照亮黑暗中的物质，那些隐匿在黑暗中的稀薄气体。我们称这些气体为星际介质。

星际介质中能够对脉冲星信号造成最显著影响的就数电离气体了。脉冲星朝我们发来的电磁信号会与电离气体中的自由电子相互作用，造成一部分电磁信号会延迟到达地球。可以想见的是，传播的路程越长，路径上的电离气体越多，延迟就会越厉害。科学家们通过测量延迟的程度，反推出在这个路径上的电离气体的密度。而当遍布于银河的脉冲星都测量个遍了之后，银河系中隐藏在黑暗之中的星际介质的位置和密度分布也就会被探明了。

脉冲星也是让我们看清银河系磁场结构的得力工具。脉冲星发出的信号携带着一种叫偏振的属性，当与磁场相遇时，这种属性便会发生改变（法拉第旋转，信号的偏振的方向会发生改变），而且磁场越强，改变的幅度越大。因此，科学家根据这种现象来确定银河系的磁场方向。

1997年，在测量了包括脉冲星在内的551颗射电源后，研究人员发现在银河系中心的西北方向和东南方向的磁场指向我们，而在银河系中心东北方向和西南方向的磁场背向我们。2014年，研究人员利用更多的射电源对全天的磁场进行了测量，再次证实这一发现。到了2017年，银河系磁场分布的三维图像被勾勒出来。原来，银河系中存在着平行于银河系和垂直于银河系的磁场。以北银极为正方向，银河系北边的磁场平行于银河系平面且呈逆时针方向，而南边的磁场则是顺时针方向发展。对于垂直的磁场而言，整个银河系就像一个磁铁。这块磁铁的磁场从南银极发出，最后回到北银极。这些磁场分布于广泛的银河系周围的空间，其强度约为0.3个微高斯，相比于地磁场约0.6高斯的强度，弱了2000倍。

实际上，人类还仍未探测到银河系磁场的全部。由于地球几乎位于银河系圆盘一边的中间，我们就很难探测到银河系远处半个盘面的星星，也就不能知道银河系这些远区磁场的具体情况了。这个困难还需要后来的科学家们想办法克服。

脉冲星也是永不断电的“钟表”。人类文明诞生以来，“时间”是一切人类活动的参照基准。从“日出而作、日落而息”，到古代利用滴水来计时，再到如今利用“氢钟”来计算时间，可以说，伴随着人类社会的进步发展，我们对时间精准度和稳定性的要求越来越高。目前氢钟的计时已经非常精准，但从长远来看，仍然存在着稳定性不够的问题。研究脉冲星的一个重要价值，就在于弥补这一问题。

脉冲星具有稳定的旋转周期，有一些每万亿年才会慢1秒，具有长期的稳定性，也就是说，我们的脉冲星“时钟”要过万亿年才需要往前调1秒。而且，脉冲星“钟表”是永不断电的，像氢钟这样的精密仪器需要精心的保护，磕磕碰碰是不行的。而脉冲星则没有这样的担忧，没有什么能够干扰到脉冲星，只要几架大型射电望远镜便可接收到它们的信号。将氢钟和脉冲星的时间结合，就能够得到精准且长时间稳定的时间系统。如果这件事情能做好，那么就是为我们将来的星际航行打好了基础。

脉冲星也有望成为探测引力波的利器。在相对论的框架下，我们可以把三维空间比作二维的水面，当有一颗石子投入水中，就会激起涟漪，这个涟漪就是我们的空间涟漪，被称为引力波。从脉冲星发射出来的信号就像是在水面匀速行走的船只，当水面平静的时候，它可以以固定的时间到达我们，当水面有涟漪的时候，它到达我们的时间就会变慢。所以，由于引力波的作用，脉冲信号到达我们的时间会改变，反之，通过测量信号到达时间的改变，我们就可以知道引力波的存在了。人们通过监测天空中位于不同方位的脉冲星，就可以反推出地球周边的引力波情况。这一工作有许多的科学家正在推进，期待取得突破的那一天。