序

20世纪70年代开始，天体物理学的成就被纳入诺贝尔物理学奖的授奖范围，迄今获奖的成果共十三项，其中脉冲星的观测成果占了两项．

脉冲星，在被发现四十多年之后仍吸引着众多天文学家的追求．这除了因为它本身的特异性质之外，还因为它在天文世界中结合面如此之广，以至于能够分别与不同学科在许多前沿领域上交叉，如

一、在天体演化学上．

它被证认为中子星，这是20世纪天文学的一个里程碑式的成就．它启动了包括中子星、黑洞在内的致密天体的“强研究”．它把演化的线索延伸到了高能天体物理学领域．对它本身的探索带来了对天文观测能力和观测方法的挑战．

二、在天体物理学与物理学上．

作为一种有着极其致密的内部结构、极强的表面磁场、非常高而稳定的自转速度，且偶尔会发生“星震”的恒星，它的动力学行为、辐射机制、与周围物质的相互作用等的研究，都为恒星物理学带来了新的拓展．

这些拓展要求结合相应的基础物理研究，研究结果用以帮助建立脉冲星的结构模型、动力学模型、辐射模型．针对性的天文观测既用以验证和开拓这些模型，也包含了对物理学结果的验证．

20世纪80年代初毫秒脉冲星的发现，使脉冲星的研究和“应用”登上了更高一层楼．脉冲双星作为一个新的搜索和研究的目标，不但联系到了毫秒脉冲星研究的孕育，而且成功地测定了引力辐射效应，并以此而著称．

三、在时间计量和研究上．

毫秒脉冲星以它极其稳定的脉冲周期 P （已包含极其稳定的周期变化率的修正），可望用以监测（和修正）原子时的“长期频率稳定度”（一个时间基准的长期频率稳定度是它作为基准的基本特性之一）．关键技术为精确测量脉冲星的“脉冲到达时刻”．这包括要求尽可能高的“信噪比”，并修正了已知的各种系统影响．目前“脉冲到达时刻”的测量精度约为0.1～1μs，最高的测量精度达0.030μs．当先后两次测量的时间间距以年计（例如三年）时，监测到的时标“长期频率稳定度”可达10 ^-14 ～10 ^-15 ．目前原子时的“长期频率稳定度”亦约为10 ^-14 ～10 ^-15 ，两者“可比”．目前周期测得最精确的脉冲星是毫秒脉冲星PSRJ0437—4715，其周期为（0.005757451831072007±0.000000000000000008）s，周期长期稳定度已经超过原子时了．在这种稳定度极限上的误差除了来自各种测量的随机噪音外，主要来源为原子时的“长周期变化”, “脉冲星时”的内因和外因“长周期变化”，以及地球轨道运动的微小扰动等．

进行毫秒脉冲星“脉冲到达时间”的常规、持续、系统的多星测量相当于产生一种“脉冲星时”，而用以实施这种测量的设备，就其功能而言，可以称为“脉冲星时”与计时观测参考的原子时的比对设备．当前，建立和不断改善“脉冲星时”的努力正处在某些“学科交叉点”上：（1）时间计量学前沿上的交叉．引进“脉冲星时”，以达到与“原子时”同时发展、交叉比对的新格局．（2）脉冲星物理研究前沿上的交叉．通过长时间监测脉冲星时间特性的变化（特别是“长周期变化”），用以深入内在物理．（3）宇宙学前沿上的交叉．通过测量“脉冲星时”的长周期（年、十年）变化，用以探测宇宙极早期引力事件（导致引力波背景，其周期为年、十年级）．这三者均以“脉冲星钟”的建立和精确测量为基本手段．这就是说，在当前科学进展的前沿上，“脉冲星钟”的建立将有望做到“一箭三雕”.

四、周期高度稳定的脉冲作为一种探测手段．

脉冲星的周期脉冲可以看作加在它发射的电波上的调制信号，提供了周期性的时间信息．凡是能够影响电波到达时间的外在因素，都可以反过来看作可以通过“脉冲到达时刻”的测量加以探测的因素：

（1）脉冲星电波传播经过星际介质，介质的色散可从不同频率的“脉冲到达时刻”的先后来测出，从而可以建立介质的物理模型，或通过已知的模型估计辐射源（脉冲星）的距离．

（2）地球在太阳系空间中的运动，使“脉冲到达时刻”（相对于原子时）有着周年期起伏．反过来，通过测量“脉冲到达时刻”可以发现地球位置对计算位置的偏差，从而探究其起因．

（3）宇宙原初引力波的探测前已述及．银河系内引力事件及河外星系引力事件（如致密体双星并合等）产生的引力波经过地球时同样可以通过“脉冲到达时刻”的测量来发现．

除了“脉冲到达时刻”的应用外，备受瞩目的还有通过测量不同频率的脉冲星辐射的闪烁来探测星际介质的尺度和相对于星体的切向速度的应用等．

当前，我国脉冲星的研究有了很大的发展，已有一支分布在高校和中科院的从事脉冲星研究的队伍．新疆天文台率先于20世纪90年代建成我国第一个脉冲星观测基地，今天又有云南天文台的40m射电望远镜、上海天文台的65m射电望远镜进行脉冲星的观测研究．正在建设的新疆110m射电望远镜和刚刚建成的贵州500m口径射电望远镜（FAST）具有非常强的观测脉冲星的能力，将会使我国的脉冲星观测研究进入世界先进行列．

《脉冲星物理》一书的出版，将会推动我国脉冲星研究的发展和人才的培养．全书的构思和具体的结构内容，在“目录”和作者的前言里，已经有了清楚的说明，这里不再赘述．也许可以多说一句的是，作者们长期从事脉冲星的研究和教学，使他们对脉冲星的观测和理论有深刻的理解．书中的内容包括了国内外脉冲星研究的成果，丰富、全面和深入．我特别高兴地看到，书中有不少中国学者，包括作者和他们的合作者的研究成果，中国脉冲星研究已经进入了国际行列．

中国科学院院士王绶琯
2017年10月