脈衝星光的「星際穿越」：我們怎麼知道脈衝星有多遠？
Disclaimer: adapted from a previous version.
前天，國家天文台宣布，FAST望遠鏡發現了一批新的脈衝星。其中發現的第一顆脈衝星距離「粗估1.56萬光年」，那麼這數是怎麼來的呢？
先講一個段子。
去年9月，FAST剛剛出光，頭一個觀測的天體就是貝爾脈衝星。你可能還記得，當時鋪天蓋地的新聞稱「超級天眼收到1351光年外脈衝星信號」云云，說的就是這事。
當時接受採訪的是國家天文台的錢磊副研究員。他在採訪之後從緊張里回過味來，見到鋪天蓋地的「1351光年」，每每感到淡淡的憂傷。他表示，學界目前尚無對貝爾脈衝星的準確距離測量結果，1351光年這個數，純屬記者追問之下，按照一個簡單的方法臨時計算的數值（具體方法見下文），且沒有進行誤差分析，並不宜公開採用——遑論在某些陰謀論標題黨口中變成「1351光年外的神秘信號」，更是讓人看了頭疼。
要知道在科學家心中，沒有誤差分析的測量值沒有任何價值。
那從目前對貝爾脈衝星的研究來看，它的距離的誤差範圍有多大呢？
驚——人——的——大。
2012年，Verbiest等人發表在《天體物理學報》上的一篇文章（2012 ApJ 755 39）給出，貝爾脈衝星的距離是1000光年+2600光年-700光年，誤差上下限之差達3000餘光年，誤差範圍比測量值1000光年還要大幾倍——這是什麼意思呢——這說明，我們只是非常、非常、非常籠統的知道這顆星在哪。
好了，我們正式的看一看，1351光年也好，1.56萬光年也好，是怎麼估計出來的。
我們和大部分脈衝星，都生活在銀河系這個巨大的宇宙都市之中。有都市就有霧霾——地球上的霧霾讓落日變得紅彤彤的，這是因為波長較短的藍光被散射掉了，只剩紅光。
宇宙中的「霧霾」和電磁波發生作用的機理在此處不盡相同：在銀河系旋臂——這座宇宙都市的主幹道——上，點綴著很多明亮的大質量恆星，這些能量飽滿的巨人發出大量的高能光子，將周圍的中性氣體（主要是氫）電離，製造很多「電離氫」區，那裡，大量的自由電子歡呼著「We re free!We re free!」，四處亂竄。
臨近銀河系的星系M33，紅色的是包含大量自由電子的電離氫區。圖片來源：羅威爾天文台
當脈衝星發出的光穿越這些自由電子組成的「霧霾」時，神奇的事情發生了：頻率較低的光子與自由電子發生較強的相互作用，傳播的速度被拖慢了一些；而頻率較高的光子受到的阻滯反而相對較弱，沒有被拖慢那麼多。
這樣等到脈衝星的光完成「星際穿越」到達地球時，頻率高的光子會先到，頻率低的光子會後到，它們之間的差異被稱為「色散量」。色散量直接與脈衝星信號穿過的自由電子總量（「柱密度」）相關，因而如果我們能通過其他方式先行繪製銀河系中自由電子的分布地圖，就可以按圖索驥地計算出脈衝星的距離了。
FAST試觀測時觀測到的貝爾脈衝星的色散。圖片來源：國家天文台
錢磊老師在對貝爾脈衝星距離的數量級估計中，簡單的使用了銀河系中的平均自由電子密度，得出了與其他研究結果相符合的距離數量級（一千光年的數量級），只因計算器上小數點前剛好出現1351四個數字，被並無惡意的媒體裹挾著製造了一則「假新聞」。錢老師的遭遇，可以算是科學家與媒體溝通失效的一個典型例子。
而FAST發現的首顆新脈衝星的距離，同樣是使用上述原理估計，只不過使用了最新的、更加準確詳實的自由電子分布「地圖」，因此1.56萬光年相對來說是靠譜一些的，誤差範圍估計只有上下幾百光年。但由於這個脈衝星剛剛發現，觀測次數有限，目前還不能給出更嚴謹的誤差估計。
本文系網易新聞·網易號「各有態度」特色內容。
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