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女性与天文 改变我们宇宙观却鲜为人知的三位女科学家

涡状星系
Image caption涡状星系,距离地球2300万光年。暗物质有助于解释星系的活动方式。

美国薇拉·鲁宾(Vera Rubin Observatory)天文台将安装世界最大天文数码照相机的消息,最近成为轰动世界的热点新闻。

在关注这个数码相机能拍摄出32亿像素的超高清宇宙照片的同时,你有没有想过薇拉·鲁宾究竟是谁?她对天文学有过怎样的贡献,使这个设在智利海拔2千多米山顶上的美国天文台以她为名?

古往今来,人们耳熟能详的天文学家基本都是男性:中国古代的甘德,外国的托勒密、哥白尼、伽利略、哈勃……

实际上,随着女性受教育程度逐步提高,她们在科学的几乎所有领域与男性并驾齐驱,以实力证明女性的智商丝毫不低于男性。在现代天文学领域,也有包括薇拉·鲁宾在内的至少三位女天文学家,对人类的宇宙观影响重大。

美国耶鲁大学天体物理学家乔安娜·邓克利教授(Joanna Dunkley)说,这三位女科学家在19世纪末和20世纪,攻克了我们当今很多人都认识到的难题。“尽管阻力重重,她们每个人都成功改变了我们对宇宙的认识”。

亨丽艾塔·勒维特

亨丽艾塔·斯万·勒维特
Image caption勒维特定律,让人类对宇宙的认知从银河系提升到无边无际的宇宙。

亨丽艾塔·斯万·勒维特 (Henrietta Swan Leavitt 1868-1921)从1895年开始在美国哈佛大学天文台担任计算员,监视、记录星体的亮度变化并分类。

当时的哈佛大学天文台,女性尚不被允许操作天文望远镜。勒维特在天文台中的职位虽然很低,收入也很低,但她潜心研究星体在一段周期的亮度变化。

哈勃望远镜拍摄的NGC2442星系
Image caption哈勃望远镜拍摄的NGC2442星系

1908年,她发现了星体亮度变化的规律,后来被称为“勒维特定律”(Leavitt Law 又称周光关系 )。根据这个定律,光变周期更长的星体,比光变周期短的星体本质上光度更大。也就是说,观测星体的光谱以及星体的亮度,可以测算星体的距离。

这一定律给天文学带来了革命性的变化。现在人们熟知的天文学家哈勃(Edwin Hubble)在1920年代运用勒维特定律研究并得出结论,我们在天空看到的那一团团星云实际上是地球所处的银河系之外的其他星系。

也就是说,银河系并不是宇宙的全部,在银河系之外还有更广更大的宇宙。

人类从最早的地心说,到16世纪40年代才出现哥白尼的日心说。勒维特定律,让人类对宇宙的认知从银河系提升到无边无际的宇宙。人类从此进入了现代宇宙学的时代,而勒维特也因此被誉为:观测宇宙学之母。

西西丽亚·佩恩-加波施金

剑桥大学天文学院介绍加波施金的内容
Image caption加波施金虽然就读剑桥大学物理系并于1923年完成学业,但当时女性不能获得学位。

西西丽亚·佩恩-加波施金(Cecilia Payne-Gaposchkin 1900-1979)出生于英国,1923年在剑桥大学完成天文学学业,但是她并未能获得学位,因为剑桥大学直到1948年才向女性授予学位。

1925年,她的博士毕业论文《恒星大气》提出恒星温度和压力与恒星光谱的关系,认为恒星主要是氢和氦气。但当时主流的观点认为恒星的基本成分与地球相同,她在当时著名的天文学家亨利·诺里斯·罗素(Henry Norris Russell) 的建议下,删除了这一论点。

但是几年之后,她的论点得到了确认。此后,她成为哈佛大学天文学系的第一位女性系主任。

她对恒星构成的发现,让人类对宇宙的本质有了一个全新的认识。

薇拉·鲁宾

薇拉·鲁宾接受BBC访问
Image caption薇拉·鲁宾曾在BBC记录片中介绍暗物质。

薇拉·库珀·鲁宾(Vera Cooper Rubin1928-2016)出生在美国宾夕法尼亚州费城。

鲁宾从小喜爱天文,父亲为她做了一个纸板望远镜,用来观测恒星的运动。她曾说没有什么比每天晚上看星星更有趣的事情。

鲁宾是知名女子大学瓦萨尔学院1948年唯一主修天文学的毕业生。当她想申请就读普林斯顿大学天文学研究生时,她被告知天文学系不收女学生。普林斯顿大学的这项政策直到1975年才被废除。

因此她转往康奈尔大学攻读物理学。1954年在乔治敦大学获得博士学位。开始攻读博士学位时,她已经是一个孩子的母亲,而且第二个孩子也即将诞生。她一边抚养孩子一边上夜校。获得博士学位之后,她兼职工作把四个孩子抚养大的同时,没有放弃对星系旋转问题的研究。

太阳近距离照片
Image caption美国宇航局相机2020年拍摄的最靠近太阳的照片,显示出电磁线。

1964年,她成为第一个在美国加州帕洛玛尔山天文台(Palomar Observatory) 使用海尔望远镜的女性。海尔望远镜1948年建造,口径5米,在1975年之前一直是世界上最大的天文望远镜。

鲁宾发现她观测的星系都以快速旋转,但是却好像有什么看不见的巨大物质将它们聚合在一起。她推算每个星系周围都被巨大的不可见的“暗物质”(Dark natter) 环绕。

鲁宾还计算出,如果没有暗物质的帮助,恒星将飞出星系。“暗物质”理论从确定至今50多年来,仍然是许多天文学家孜孜研究却尚无突破的问题。

鲁宾的理论重要之处在于,看不见不代表不存在,人类对宇宙的探索从闪闪发光的星星,扩大到看不见的“暗物质”。

来源:BBC中文

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