tianrong1945的个人博客分享 http://blog.sciencenet.cn/u/tianrong1945

博文

巾帼不让须眉 精选

已有 5234 次阅读 2022-3-30 23:33 |个人分类:系列科普|系统分类:科普集锦

回顾近几百年天文学史,发现历史上的女天文学家还不少,此文聊聊其中几位。


1,赫歇尔-她嫁给了星星


历史上的许多女性科学家都终身未嫁,今天我们的主角:卡罗琳·赫歇尔(1750--1848年),她嫁给了星星……

我们抬头仰望银河,可以给孩子们滔滔不绝地讲解太阳系、银河系、行星、恒星、彗星、星云等等天文知识。但你知道吗?与银河系有关的许多天文观测记录,都和一位传奇的女天文学家卡罗琳·赫歇尔及她的哥哥:英国著名天文学家威廉·赫歇耳的贡献有关。赫歇耳这个名字,实际上是天文界一个著名的家族,除了上述兄妹外,还有威廉的儿子约翰·赫歇尔。

美国天文学家沙普利也是从威廉兄妹的观测数据,得出了太阳系位于银河系边缘的结论。直到上世纪二十年代,天文学家们才认识到银河系在不停地自转,有了旋转星系的概念。

卡罗琳是赫歇尔家庭中十个孩子的第八位。她小时候健康不佳多灾多病。在10岁时,她得了斑疹伤寒,导致脸上留下疤痕,且身材矮小,长到4英尺3就停止了。由于她的发育不良,她的父母认为她不会结婚,便没给予正规教育,认为她应该被训练成一名仆人。

但是后来,老赫歇尔去世后,威廉发现了妹妹的天赋,将卡罗琳从家中解救出来,走向外面的广阔世界。威廉·赫歇尔让卡罗琳学习音乐,教她如何唱歌,使得卡罗琳很快成为一个多才多艺的女高音。但她只在威廉举办的音乐会上演唱,并且,当威廉的兴趣集中转向天文观测方面之后,卡罗琳便成为他这方面不可或缺的得力助手。

卡罗琳学会了如何擦亮透镜,如何自己制作望远镜,如何记录观察到的资料和数据并进行必需的数学计算。兄妹俩用亲手制成的望远镜,先后探察了北半球1083个天区共计11万多颗星星。

1781313日, 赫歇尔兄妹发现了-天王星。这项重要发现使威廉成为英国皇家天文学家,卡罗琳也赢得了一定的名声。之后,卡罗琳随哥哥前往英国,威廉外出学术活动时,卡罗琳作为管家和助理留在家里,但她不放过任何一天观测天象的机会,逐渐积累不少自己独立观测到的天文记录。

赫歇尔兄妹(YouTube视频)


1783226日,卡罗琳发现了一个疏散星团,并在年底又发现了另外两个星团。在178681日,卡罗琳发现一个发光物体在夜空中缓行,再次观察后,她通过邮件提醒其他天文学家,宣布自己发现了一颗彗星。为了使人们可以方便地观测研究,卡罗琳告知该如何找到该彗星的路径。这是公认的第一个女性发现的彗星,这一发现使卡罗琳赢得了她的第一份工资。1787年,卡罗琳正式被乔治三世国王聘用为威廉的助手,成为第一位因为科学研究而得到国王发给工资报酬的女性。卡罗琳总共独立地发现了14个星云和8颗彗星。

卡罗琳后来真的终身未嫁,是否谈过恋爱我们也不得而知。在1822年,威廉去世后,卡罗琳从英国返回德国,但并没有放弃天文研究。她整理好自1800年威廉和她一起发现的2500个星云列表,她整理和勘误天文观测资料,补充遗漏,提交索引。英国皇家天文学会为表彰她的贡献,授予她金质奖章,在她96岁时,普鲁士国王也授予她金奖。

再后来,威廉的儿子约翰子承父业,继续父亲和姑姑的工作,把观测基地移到南非,在南半球探测了2299个天区计70万颗星,第一次为人类确定了银河系的盘状旋臂结构,把人类的视野从太阳系伸展到10万光年之遥。

三位赫歇尔观测了近百万颗星星!从这些大量数据,人们才开始认识到世界之大,银河系之大,整个太阳系不过是银河系边缘上一个不起眼的极小区域而已。


2,皮克林的“后宫”


“皮克林的后宫”是指于18771919年担任哈佛天文台台长的天文学家爱德华·皮克林雇用作为处理天文资料的女性技术人员的称呼,其中许多女性为天文学作出重要贡献。这些女性天文学家也以“哈佛计算机”之名为人所知。

 

皮克林是谁啊?怎么会有后宫?真是耐人寻味!其实,这是19世纪哈佛天文台的女天文学家们的故事……

说到后宫你会想到中国古代皇帝,据说后宫有“三宫六院佳丽三千”,不就是电视剧里妃子宫女们争风吃醋的地方吗?一百多年前,美国哈佛大学天文台台长爱德华·皮克林也有一个假后宫,那儿聚集了众多的女天文学家,她们进行天文资料的整理和计算,也被称为哈佛计算机。

哈佛天文台的“女性计算机”们(YouTube视频)

 

皮克林任台长期间(1881-1918),有80多名女性为他工作,爱德华和他的弟弟亨利都是当年颇负盛名的天文学家。亨利是土卫九(土星的一颗卫星)的发现者,月球上的皮克林撞击坑和火星上的皮克林撞击坑,都是以他们两兄弟皮克林命名的。

 

上次介绍赫歇尔天文家族时曾经提及,三位赫歇尔观测到的星星就有近百万颗。之后天文观测的数据越来越多,恒星种类越来越多,皮克林上任哈佛天文台台长时,面临这种情形。他希望把恒星分类,还有变星,即强度变化的恒星,但感觉人手不够,下属也不得力。妻子笑说,可能还不如家中那位能干的女仆威廉米娜·弗莱明。思想新潮的皮克林本来就积极鼓励女性从事天文研究,听后脑洞大开,这可是个好办法!于是他招募了一批女性对天文台拍摄的照相底片,进行测量和分类工作,由女仆弗莱明管理

于是便有了后宫之说,虽然是戏称,却也反映了那个时代女性的地位。

 

这些女性计算机,胜任工作的能力堪比男性,工资却只有男性一半。而且弗莱明的管理能力大大派上用场,这些女性的不少人都在天文学上得到重要发现,包括主持恒星光谱分类的安妮·坎农,发现造父变星周光关系的亨丽爱塔·勒维特,弗莱明本人也做出不少贡献,发现马头星云。

 

3,发现“量天尺”的她


人们在日常生活中用“尺子”来测量距离,但是如何测量天体之间的距离呢?从我们地球望出去,宇宙茫茫星辰无数,有明有暗有近有远。从距离地球最近、光线只走1.28秒的月亮,到距离几十上百亿光年的“可观测宇宙”边缘,这些距离的数值是怎么来的?“多少亿光年”!如此难以想象的“距离”,难道都是科学家想当然幻想出来的吗?

虽然不能说这所有天文数字都是很准确的,但是科学家们的估计总是有他们的道理。除了理论上的根据之外,也有一定的测量依据,且两者互相关联。

宇宙中距离的数量级大不相同:太阳系、银河系、河外星系、宇宙,每个层次的距离概念相差好几个数量级,从10-4光年、 102光年……到1010光年,不可能用同一种方法来测量。这些不同的方法叫做“宇宙距离阶梯”。

量天尺(YouTube视频)


这些方法就像阶梯一样逐步升高,互相支撑又彼此重叠,天文学家们在前一种方法的基础上发展了下一种方法,前面的数据为下一步方法提供校准,依此类推便可测量出越来越远天体的距离。事实上,人类对宇宙的认识,天文学的发展、也随着可测的距离而增长。

在阶梯的最底部是最基本的距离测量法,例如地月间距离便可以利用雷达发出激光信号的回波延迟来确定。太阳系行星与太阳的距离可以测量行星的公转周期再根据开普勒定律计算出来。三角视差法在古希腊时就开始使用,可用于测量太阳系与邻近恒星的距离,距离我们超过300光年的恒星,一般使用光谱法(赫罗图)来测量。

莱维特发现的量天尺,是一种变星法。也就是利用造父变星的周光关系,将造父变星作为标准烛光,来测量星系间的距离。

变星:亮度变化的恒星;造父变星:一种亮度呈周期变化(12天到几十天)的恒星;

标准烛光:原意是指大约一支普通蜡烛的发光强度,早期人们曾把每1瓦的白炽灯的发光强度称之为一支烛光。后来天文学中的这个词汇,一般指的是某类已知亮度的天体,有时也指由此进行距离测量的方法。例如,可以用造父变星作为标准烛光来测量星系距离。

标准烛光测距原理很简单。例如,给你一大排发光亮度一样的光源(例如1040瓦的灯泡,你把它们安排到不同的距离后然后测量其观测亮度,当然是距离越远的就越暗淡,这样你就能根据观测亮度与距离的关系计算出它们离你的距离了。

此法可以被用来测量星系离我们的距离,尽管我们无法将电灯泡放到每个星系中去,但我们可以利用星系中原来就有的星星。这就是造父变星。不过,你可能会想到一个问题:怎么确定这些造父变星的发光亮度都一样呢?

这就是我们这位女天文学家莱维特的贡献。莱维特研究了大小麦哲伦云中的1777 个变星,发现造父变星的脉动频率,即光度变化的周期(取对数)与其(真实)亮度有关。于1908 年和1912年,莱维特发表了2篇关于该主题的重要论文。她绘制了一张来自小麦哲伦星云中 25 个造父变星的数据图表,得到造父变星与发光亮度成简单的线性关系:

 


莱维特得到造父变星的周光关系


这是个非常有用的性质。也就是说造父变星的亮度变化周期(可观测量),就可以代表这颗星的绝对亮度(是40瓦还是100瓦的灯泡)。例如,这意味着如果两个星系AB中分别有造父变星ab,两颗造父变星的脉搏率相同,但一颗比另一颗更暗,那么我们可以判断出更暗的那颗离我们更远。

莱维特的发现极大地扩展了天体距离的测量范围,从而改变了天文学。她的工作对埃德温·哈勃发现河外星系及宇宙膨胀的事实至关重要。也从而终止了“整个宇宙是只有一个银河系还是许多个星系”的天文界大辩论。1921 年,她被任命为哈佛学院天文台的恒星光度测量负责人,但并没有活到能够享受她的新角色,便因胃癌而英年早逝了。她享年 53 岁,从未结过婚,也没有孩子。1924年,一位学者准备提议莱维特为诺贝尔物理奖候选人,却遗憾地得知她已经于3年前逝世了。

××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××

本人的科普视频:YouTube:

天文航天:“談天說地”  https://www.youtube.com/playlist?list=PL6YHSDB0mjBLmFkh2_9b9fAlN7C4618gK

趣味数学:數學大觀園  https://www.youtube.com/playlist?list=PL6YHSDB0mjBJifi3hkHL25P3K9T-bmzeA

也发在微信公众号“天舸”上(微信号:gh_e01fc368fe31):

天舸.jpg

              长按/扫一扫二维码,敬请关注我的微信公众号天舸” !

××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××




https://m.sciencenet.cn/blog-677221-1331770.html

上一篇:微积分之后的数学危机
下一篇:中国古代数学

9 张晓良 史晓雷 崔锦华 张鹏举 赵兰浩 孙颉 罗春元 郑强 周春雷

该博文允许注册用户评论 请点击登录 评论 (4 个评论)

数据加载中...
扫一扫,分享此博文

Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备07017567号-12 )

GMT+8, 2022-11-27 09:03

Powered by ScienceNet.cn

Copyright © 2007- 中国科学报社

返回顶部