1987年3月中旬，即超新星SN1987A刚刚爆发两周之后，笔者曾写过一篇《来自SN1987A的中微子》（简称文《Ⅰ》，参见《世界科学》1987年第九期），介绍太阳系外的中微子天文学的诞生。那时，SN1987A正处在迅速变化的阶段，整个天文学界似乎都在匆忙应对，甚至显得手忙脚乱。当时对许多问题的分析和研究，也免不了粗糙。

如今，时间又过去了八个月，SN1987A已变得相当平稳了。当然，它仍然受到不间断的监视。这种严密监视看来至少要持续五年以上。因为，有关这颗超新星的一些理论预言，要有五年的观测才能断定其真伪。尽管不少问题还没有结论，但SN1987A的中微子问题，已可以做结论了。

本文的目的就是继续文《Ⅰ》来介绍SN1987A的中微子问题。对比《Ⅰ》文就会看到，几个月前的那些粗糙结果，有的已被改正，有的已被否定。

比如，文《Ⅰ》中我们只介绍了一个实验室，即勃朗峰中微子观测站的结果。现在知道，勃朗峰的结果是最可疑的，并不一定是SN1987A的中微子。实际上，在1987年2月23日，有4个实验室记录到了中微子信号。表1列出有关的数据。

从表1看到，日本神冈、美国IMB、苏联Baksan三家收到中微子信号的时间是一样的，都是二月23日7时35分。这一点十分重要。因为，这几个观测站相距很远（图1）。所以，它们收到的信号，不可能是局部的偶然的现象，而是来自天外的共同的源。这样，可以无疑义地证明，这些中微子是来自SN1987A的。

然而，勃朗峰观测站收到中微子的时间却与其他三家都不相同。所以，很多人怀疑勃朗峰的结果，认为那5个中微子并不是来自SN1987A的，而是某种局部的、偶然的因素引起的。尽管勃朗蜂观测站是第一个宣布观测到中微子的，近几个月来反而被冷遇了。不过也有人不赞成简单地否定勃朗峰，特别是一些欧洲学者坚持认为勃朗峰中微子也是SN1987A起源的。如果这一坚持正确，我们就面对一个严峻的问题：为什么SN1987A曾有两次集中地发射中微子的现象？为什么两次之间的时间间隔长达23^d7^h35^m－23^d2 ^h52^m=4小时43分？

4小时43分，对于许多天体物理现象而言，是太短了，完全可以忽略。但是，对于超新星中微子发射来说，4小时是太长了。一颗超新星不可能在5小时中都有中微子发射。超新星发射中微子的时间不过几秒钟。这一点很容易论证。我们知道，一个物体的发光本领决定于物体的温度，具体说，它正比于温度的四次方。所以，温度高一点，辐射提高很多。温度高的天体，发射本领强，很快用尽能源，结束发射。我们的太阳，温度不高，表面温度只有6000度，所以，太阳的发光时间可维持很长，达几十亿年之久。

超新星则不同了。超新星是由一般星体坍缩而成的（参见文《Ⅰ》）在坍缩过程中，温度变得极高。其中心部分的温度可达1亿度以上，即比太阳表面温度高1千万倍1这时超新星主要是发射中微子，而不是光子。因此，超新星发射中微子的强度极大、发射中微子的时间很短，只有数秒钟，即在数秒内中微子就带走了绝大部分坍缩能量，耗尽能源。

图2是定量计算结果。它表示，一颗质量为1.6太阳质量的超新星核，在6秒钟之内中微子就带走了3×10⁵³尔格的能量。也就是说，6秒之后，就不会再有中微子发射了。

日本神冈、美国IMB、苏联Baksan的观测大体都符合图2的要求。神冈的12个中微子是在13秒内收到的，IMB是4秒，Baksan是10秒。

当然，这些论证还不能完全排除勃朗峰中微子是来自SN1987A的。因为，勃朗峰的5个中微子也是在7秒钟之内收到的。如果SN1987A并非在4小时43分之内都有中微子发射，而是在23^d2^h及23^d7^h有两次暂短的发射，那么，从能量角度还不能证明勃朗峰数据必是偶然起源的。

目前，有关勃朗峰的争议只好存疑。

让我们看看其他没有争议的结果。根据观测到的中微子的能量，可以反推超新星内的温度，就好像，根据星体发光的颜色可以推知星体表面的温度。太阳光的颜色是属于黄的，相应的表面温度为六千度，红色的星，温度要低于六千度，蓝色的星高于六千。利用日本

神冈和美国两组数据的反推结果，都画在图3中。其中T_v表示超新星内部中微子的热平衡温度，ε_v表示超新星发射中微子的总能量。两个暗区分别表示神冈和1 MB所允许的T_v－ε_v范围。黑区则表示二者的重迭部分。黑区的存在再次表明，神冈中微子与1 MB中微子有共同起源。而且，黑区相应的温度为 ~ 4 MeV，这恰恰是理论预期值。

早在1964年，美籍中国天体物理学家邱宏义就指出，当超新星爆发时，会有大量的中微子发射。那时他作了初步的定量估计，并倡导中微子天文学以验证理论。但是，当时他自己也并不乐观，曾说，也许几十年内他的这些推测也无法加以验证。最近，邱宏义在访问北京天文台时兴奋地对笔者说，没有想到，SN1987A的出现使他的预想提前到来了。的确，可以说，关于超新星中微子发射的所有最基本的预测，都已被SN1987A证实了。

SN1987A不仅令天体物理学家兴奋，而且为粒子物理提供了机会。利用SN1987A的中微子数据，可以推断出一系列有关中微子本身的性质。

第一个性质就是中微子的静质量。如果中微子静质量为零，那么，各种能量的中微子运动速度应都一样，都等于光速。如果中微子静质量不为零，不同能量中微子的运动速度就不一样了。能量高的中微子速度高，能量低的速度低。这样，如果SN1987A的中微子是在同一时刻发射的，则能量高的先到地球，能量低的后到。因此，原则说，根据到达时间差就可以推算中微子的静质量。当然，还有其他一些因素也可以造成中微子到达时间差。单纯用到达时间差，还不能唯一地确定中微子的质量，而只能给出质量的上限。

利用到达时间差测量粒子质量上限，在天文学中不是第一次了。已故的北京天文台台长程茂兰先生早在三十年代在法国时就用这种方法测光子静质量的上限。如果光子具有不为零的静质量，则红光速度小，蓝光速度大。根据星体的红光蓝光到达地球时间之差，可以得到光子质量上限。程茂兰先生对大陵五的光变曲线的测量表明，在测量误差范围内，红光蓝光之间没有到达时间之差。因之，光子静质量应小于观测误差所给出的上限。

利用完全相同的方法分析中微子到达时间差，得到中微子静质量的上限为：

m_v＜10 _eV/c²

这个上限是很强的。近十年来，核物理实验室一直致力于测量m_v，目前达到的水平，与上述值是一样的。

有些人，利用一定的假设，更仔细地分析SN1987A的中微子到达时间差，得到中微子静质量的最可能值为：

m_v ~ 3.6_eV/c²

看来，不会太久，实验测量就可以检验这个天体物理预言了。

利用SN1987A的中微子观测，还可以给出中微子种类数的上限。现在已知有三种中微子，即电中微子v_e，μ中微子γ_μ，τ中微子v_τ，亦即，中微子种类数N_γ=3。问题是：自然界是否还有其他类型的中微子？自然界的N_v到底等于多少？这是粒子物理学中的一个很基本的问题。

利用超新星来确定N_v，是根据超新星发射的中微子中，各种类型的中微子的能量及数目差不多。因为，在超新星坍缩核中，中微子是热平衡的，故各种中微子之间，是平权的。

表1中列举的中微子数，大多是电中微子。因为，在那些实验室里主要依靠下列的反应来探测中微子：

1. 捕获反应

v_e+p→e⁺+n

2. 电子散射

v_i+ e^-→v_i + e^-，

v_i+ e^-→v_i + e^-

i=e，μτ

捕获反应的截面要比电子散射截面大得多。所以，实验室记录到的大多是v_e，而不是v_μ，或v_τ 等。利用这个结论就可以估算出SN1987A所放出的电中微子的总能量。

由于每一种中微子的能量与电中微子差不多，所以，中微子种类数N_v越大，中微子的总能也就越大。显然，中微子总能不可能超过超新星可释放的总能，即全部引力坍缩能是有限的。由此即可得到N的上限，它是

N_v＜5.5

这个结果又十分接近目前利用加速器粒子实验所得到的结果

N_v＜5

天体物理与核物理或粒子物理两方面常常得到一致的结果，这当然是由于物理规律的普适性。但两方面的工作特点是十分不同的。核物理和粒子物理需要的是不断改进实验的精度，使测量不断提高；天体物理则除了仪器还需要机会。如果把核物理和粒子物理比譬为对猎物的穷追，那么天体物理就有些像守株待兔了。可见；物理学并不轻视任何一种方法，只要该方法是有效的。