天文学家:她点起了一束烛光,照亮了宇宙的浩瀚
发布时间:2021-04-08
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天文学家:她点起了一束烛光,照亮了宇宙的浩瀚

1912年夏天,在一个闷热的午后,哈佛天文台里寂静无声,只有铅笔划过纸张的沙沙声和时不时鞋底摩擦地板的嘎吱作响。空气里的湿热似乎达到了某种无法理喻的程度,让人昏昏欲睡。角落的桌子前,一位年轻女人拿着铅笔和尺子在网格纸上飞速着画着什么,汗水从她的鬓角渗出,以至于她必须时不时用左手拭去汗水,以免弄脏她面前的大作。

她时而歪着脑袋盯着面前的笔记,时而用手敲打桌面,就在某个连她自己也想不到的瞬间,她的脑海中灵光一闪,铅笔在纸上再次快速的舞动……等她完成了面前的大作,整个人都兴奋的颤抖起来,她连忙拿起手中的草纸,发出了两声只有她自己听得懂的呻吟,便跑向了另一个方向的台长办公室。

她点起了一束烛光,照亮了宇宙的浩瀚

 

图.工作中的勒维特

她太过兴奋,以至于忘记了敲门,当她开门冲进办公室的时候,一位绅士模样的中年人正坐在办公桌前,带着一脸的鄙夷的望着她。女人有些尴尬的低下了头,稍许,中年人也无奈的摇摇头,示意她进来。她连忙跑到中年人面前,将手里的“大作”放在办公桌上。女人开始手舞足蹈起来,嘴里还发出一连串让人费解的声音,中年人摆摆手,示意她冷静,然后拿起面前的一叠纸看了起来。

看着看着,绅士的内心由平静到兴奋,由兴奋到狂喜,他敏锐的科研嗅觉立刻给他的大脑这样一个反馈:眼前这几张带着汗渍的纸里,蕴含着一个颠覆性的成就和一个名垂青史的绝佳机会。他努力压制着内心的波澜,尽量让脸上的表情显得自然。然后绅士在另一张纸上写了几句对女人鼓励的话,就让她回去等消息。

她点起了一束烛光,照亮了宇宙的浩瀚

 

几天之后,女人的成果顺利发布在某科学期刊上,这一爆炸性的成果立刻在科学界引起了波澜,唯一不同的是,文章的署名变成了那个绅士——时任哈佛天文台台长的爱德华·查尔斯·皮克林。而一个叫做亨丽爱塔·勒维特的女人名字只被放在了论文的注释中,以感谢她对整理数据做出的贡献和努力。

01

困惑

在19世纪末,科学范式还停留在哥白尼的“日心说”上,牛顿的经典力学统治着科学的制高点。主流科学界普遍认为太阳是宇宙的中心,而银河系就是宇宙的全部。而我们故事的起因就是源于当时困扰了科学界多时的难题——该如何测量星星与我们之间的距离?

在这样的背景下,亨丽爱塔·勒维特登场了。

1868年7月4日,勒维特出生于一个牧师的家庭,父亲的严格教育加上她天生聪颖的才智让小勒维特通过了层层选拔,考入了拉德克利夫女子学院(这个女子学院后来被哈佛大学合并)。用那个年代的标准来衡量,她绝对算得上是佼佼者。

就在一切看起来顺风顺水的时候,命运跟勒维特开了个大大的玩笑,24岁那年,勒维特得了一场重病,苦于没有良好的医治手段,勒维特丧失了听力。一直到她30岁,她的大部分精力都用于和病魔的抗争。

那时的美国,受过高等教育的女性主要有三条出路:教师、护士和家庭主妇。可这样一场巨大的变故让勒维特的希望化为泡影,也彻底改变了她的命运。

02

契机

也许是因为病魔折磨的太久,勒维特已经渐渐习惯了这样“异于常人”的生活状态,她开始寻求改变,希望能够找点事做。一次偶然的机会,她看到了一则学校天文台的招聘广告(当时,她的母校已经并入哈佛):天文台急需“计算员”来处理大量的观测数据。男性的工资为每小时60美分,而女性工资减半。

她点起了一束烛光,照亮了宇宙的浩瀚

 

图.勒维特当年观测使用的望远镜

勒维特几乎没有犹豫,她立马去应聘了该职位并顺利通过,当时担任哈佛天文台台长一职的就是前文提到的那个绅士——爱德华·查尔斯·皮克林。那时的皮克林几乎把所有的精力都放在“哈佛恒星分类”这个项目上了,但考虑到勒维特的身体状况,皮克林最终没有让她协助做恒星分类,而是让她去做当时几乎无人问津的变星研究。

她点起了一束烛光,照亮了宇宙的浩瀚

 

图.当年受雇于哈佛天文台的馆长以及女性工作人员

拿着微薄的工资,蜷缩在办公室的角落默默工作,没有交流,不被重视,这应该是勒维特那时候的工作状态。可又有谁能想到,这样一个看似不经意的决定却拉开了一个划时代成就的序幕。

03

破茧

什么是变星呢?简而言之,就是恒星的亮度会随着时间发生周期性的变化。举个例子,太阳的亮度在十一年内大约只变动0.1%,而著名的造父一会在一周之内从3.7等变成4.4等,可见两者的差距之大。第一个发现这种变星的人是英国天文学家约翰·古德利克,也许是某种命运的巧合,这位天文学家也是聋哑人。

她点起了一束烛光,照亮了宇宙的浩瀚

 

图.V838,著名的变星 By NASA

勒维特把望远镜聚焦在麦哲伦星云上,她记录了该星云中大量变星的光谱数据,在分析这些数据的过程中,勒维特发现了一个神奇的规律:在距离相同的情况下,造父变星的绝对亮度和它的光变周期成正比。也就是说,一颗造父变星完成一轮循环所花的时间越多,它最后达到的最大亮度就越大。

她点起了一束烛光,照亮了宇宙的浩瀚

 

图.勒维特发现的光谱规律

此时勒维特脑海中闪过一个词——烛光。

这些变星就好像是一根根点燃的蜡烛,时明时暗。在分析了大量的数据后,勒维特总结出了如下规律:

她点起了一束烛光,照亮了宇宙的浩瀚

 

其中D是距离,单位是秒差距(即3.26光年), m是视星等,M是绝对星等。这个公式暗含了一个极具吸引力的参数,也就是上文提到的——距离。科学家们一直苦于该如何测量星星,星系和我们的距离,而上面这个公式就可以美妙的解答这个疑问。

她点起了一束烛光,照亮了宇宙的浩瀚

 

这就好像你已知了1米之外的一根蜡烛的亮度,那么就可以算出这根蜡烛放在10米之外时的亮度,反之,如果假定蜡烛的位置不变,根据其光度的变化也可以反推出蜡烛离我们的距离,而这缕烛光就是变星。这一定律也因此被成为”标准烛光定律“或者”勒维特定律“。如今,标准烛光理论被进一步完善,Ia超新星,双食星也加入了标准烛光的行列。

可以说,勒维特在某种程度上成为了”日心说“的掘墓人,人们逐渐发现了太阳不是宇宙的中心,银河系也不是宇宙的全部。我们认知的边疆因为这一次伟大的发现被大大拓展。

04

曲折

如文章开头所说的,这一划时代的发现并没有太多改变勒维特的生活,勒维特的成果只被发表在《哈佛天文内刊》上,而皮克林馆长以他自己的署名对外发表了该成果。几年后,新台长哈罗·沙普利利用勒维特的成果计算出了银河系周围几颗造父变星的距离,并成功解决了造父变星零点标定的问题,但勒维特并没有因此获得什么。

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图.勒维特发表的哈佛天文内刊的文章

我们很难想象勒维特当时心中的感受,据说她时常在天文台的办公室中哭泣,她曾经写道:”The mind is sexless – and so is the sky!(思想不分性别,宇宙也是)”。 她人生中的后几年也许只能用凄凉来形容吧。直到1921年,勒维特死于癌症,她被葬入家族墓地,可惜的是,她的墓碑上只有寥寥数行,记录着她的姓名和生卒年份,对于她的伟大发现竟只字未提……

她点起了一束烛光,照亮了宇宙的浩瀚

 

/图.勒维特的家族墓碑,勒维特的名字只在其中一行/

05

成蝶

1920年,著名的埃德温·哈勃也是用了勒维特的成果才计算出了仙女座星系(M31)和我们的距离,这也第一个被明确的河外星系。哈勃的发现远不止此,通过对大量星星的测距,哈勃发现了让他名垂青史的成就——红移,并得出了”宇宙正在膨胀“的重要结论。

自那以后,越来越多的科学家注意到了”勒维特定律“的重要性,科学界也认识到了从前对于这位女科学家的低估。1924年,瑞典科学院的哥斯塔·米塔·列夫勒曾试图提名她获选诺贝尔奖,可不幸的是,当时的勒维特已经过世了三年有余,根据规定,诺贝尔奖只授予生者。后世为表彰勒维特的卓越贡献,将第5383号小行星以及月球表面的一座环形山以她的名字命名。

她点起了一束烛光,照亮了宇宙的浩瀚

 


她点起了一束烛光,照亮了宇宙的浩瀚

 


她点起了一束烛光,照亮了宇宙的浩瀚

 

图.《Slient Sky》剧照

虽然时至今日,勒维特也并非如雷贯耳,也并非能与如哈勃,伦琴这样的名字比肩,但她的发现以及这一发现的意义却是十分深远的,说她开启了一个新时代一点也不为过。2014年,美国加利福尼亚州剧院上演了名为《Silent Sky(寂静的天空)》的话剧,讲的就是关于勒维特的传奇,此剧一经上演便大受好评。其中一句台词让人印象深刻:

She raises the sun in the

dawn of modern astronomy

百年之前,她点起了一束烛光,照亮了宇宙的浩瀚……

她点起了一束烛光,照亮了宇宙的浩瀚


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