她可能是史上最酷的顶级天文学家

财经资讯 1年前 (2020) Aaron
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本文来自微信公众号:造就(ID:xingshu100),作者:田晓娜,头图来自:Sarah Burbidge

“不能把望远镜的时间浪费在这种垃圾研究上!她认为她是谁?”得知一位年迈的天文学家想使用全新的凯克望远镜观察星空,试图推翻宇宙大爆炸理论,年轻的天文界新秀忍不住尖叫道。

对此,天文台主任乔·米勒(Joe Miller)回答说:“她是玛格丽特·伯比奇(Margaret Burbidge),你只要抬头看看小行星5490(全名5490 Burbidge,以她的姓氏命名)就知道她是谁了。”“就算她想要用半个晚上的时间来画火星,我也会同意——无论如何,我们都要对这位20世纪最伟大的天文学家之一表示应有的敬意。”

百年传奇人生

时间回到1945年,那时玛格丽特在报纸上看到了美国威尔逊山天文台卡内基奖学金的广告,便寄信申请该奖学金,但是她的申请被拒绝了,因为她是一名女性。后来,她又写信申请使用天文台的望远镜,再次被拒绝,理由是天文台没有女性洗手间。

尽管如此,玛格丽特还是克服了种种性别偏见与歧视,阐明了恒星核合成的原理,成为了当时最有影响力的天体物理学家之一。

她可能是史上最酷的顶级天文学家

1964年,玛格丽特在达拉斯授课

玛格丽特一生中担任过许多重要职务,包括皇家格林威治古天文台台长和美国天文学会会长。在她之前,这些职位都只对男性开放。女儿萨拉·伯比奇(Sarah Burbidge)在一次电话采访表示,虽然玛格丽特一直努力成为一名杰出的“女天文学家”,但她的首要目标是成为一名出色的“天文学家”。

2020年4月5日,这位传奇女性在旧金山家中去世,享年100岁。

“天鹅绒手套下的铁拳”

1919年8月12日,玛格丽特·伯比奇出生在英国西北部的达文波特,后来举家搬到伦敦,那里多云的夜空常常阻碍星光到达这座城市。

四岁的夏天,父母带她去法国度假。轮船在英吉利海峡上缓缓行驶,小小的玛格丽特站在甲板上仰望星空。“这是我第一次真正注意到星星,”她在1978年的一次采访中回忆道。“在伦敦长大的小孩看到星星的机会并不多,那里总是阴天。”从此,她便与星星结下了不解之缘。

她的博士论文研究的就是变星伽马仙后座的光谱。当时正值二战,为了获得足够多的观测数据,她常常冒着战火独自一人在天文台观测,不时还有炸弹落在她周围。1994年8月3日那天晚上,炸弹落到她周围两次,剧烈的震动导致望远镜偏移。她不但没有一丝慌乱,还在观测日记中记下了两次轰炸对观测的影响。

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玛格丽特的笔记中提到炸弹导致观测中断两次

二战后,玛格丽特认识了一个名叫杰弗里·伯比奇(Geoffrey Burbidge)的男人,两人志趣相投,相识六个月后就走入了婚姻殿堂。周围的朋友都觉得这对夫妻很奇妙,就像是一枚硬币的正反两面。杰弗里性格急躁,常常与人辩论不休,玛格丽特则端庄娴静,甚至有朋友说:“如果伊丽莎白女王需要替身,玛格丽特完全可以胜任。”

但外表往往都具有欺骗性。尽管杰弗里对自己的科学观点固执己见,却与持不同观点的同事建立了深厚的友谊。至于玛格丽特,“她就像是天鹅绒手套下藏着的铁拳,”米勒说。“她相信她所知道的,并坚持自己的原则。”即使她从不为此争辩。

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玛格丽特与杰弗里

玛格丽特对天文学和光谱学的热情影响了她的丈夫,婚后不久杰弗里的研究方向就从物理学转向了天文学。杰弗里向当初拒绝玛格丽特的威尔逊天文台递交了一份申请,被接受了。玛格丽特女扮男装,以杰弗里助手的名义进入了天文台。后来玛格利特怀孕,为了不被人看破身份,无论天气多热,她都要裹着厚重的大衣掩盖肚子。即使如此,她也从未放弃对天文的探索。

她在1994年的回忆录中对此评价道:“这件事教给了我一个道理。”“如果一堵石墙挡住了去路……我必须找到解决的办法。”

一文成名

玛格丽特夫妇的研究很快引起了著名实验核物理学家威廉·福勒(William Fowler)的注意。夫妇两人对具有强磁场的猎犬座α²进行了详细的光谱分析,发现这颗恒星的稀土金属平均过剩量约为太阳的800倍。

福勒当时正与弗雷德·霍伊尔(Fred Hoyle)合作。霍伊尔曾发表论文阐释了恒星如何将氢和氦转化为宇宙中普遍存在的重元素的理论,后来这一概念被称为恒星核合成理论,与当时公认的所有元素都来自宇宙大爆炸的观点相悖。

福勒认为伯比奇夫妇的研究有助于证实霍伊尔的恒星核合成理论,便邀请两人加入他们在剑桥的团队。当时玛格丽特已经怀孕很久了,福勒甚至担心她会“爆炸”。

在霍伊尔早期研究的基础上,玛格丽特确定了构成元素周期表的所有元素在恒星内部的合成过程(除了最轻的氢),并阐释了随着恒星演化,铁元素是如何被创造出来的。

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玛格丽特等人发表的关于恒星核合成的论文,被多次引用

最后,这些努力成果凝聚成了几人合著的一篇长达108页的论文,1957年10月发表在《现代物理学评论》上。论文解释了在恒星生命周期的不同阶段元素是如何形成的,在科学界普及了恒星核合成的概念,指出构成我们周围一切的元素——包括我们自己——都起源于恒星。也就是说,我们本质上是星星。米勒总结道:“这篇论文为化学元素的形成奠定了基础。”

这篇论文后来被多次引用,以至于后来被简称为B2FH(四个作者姓氏的第一个字母,B2表示伯比奇夫妇,F代表福勒,H代表霍伊尔)。福勒因其对宇宙中化学元素的形成有重要意义的核反应的理论和实验研究获得了1983年的诺贝尔物理学奖。

这篇论文并非没有争议。霍伊尔和杰弗里是宇宙恒稳态理论的坚定支持者。大爆炸理论认为,宇宙是在一次爆炸中诞生的,并且一直在膨胀,密度不断降低。而稳态理论则认为宇宙已经并将永远存在。然而,恒星核合成理论一定程度上证明了恒稳态理论,但这一胜利很快就被支持大爆炸理论的证据海啸所淹没,但这丝毫无损恒星核合成理论的光辉。

尽管文中认为氦、与重元素在恒星内部合成的观点并不正确,但文中提出的较重的元素是通过恒星内部的热核反应由较轻的元素合成等观点成为标准教科书里的内容,流传至今。

加州大学圣地亚哥分校的化学家马克·蒂门斯(Mark Thiemens)评价说:“这篇论文之前,我们知道元素是由恒星组成的。” “但我们不知道它们是如何形成的。”

“这是一篇杰作,是恒星运作的指南。”

新的天文之谜

在B2FH获得巨大成功后,玛格丽特又把目光投向了类星体。

1960年,美国天文学家观测到一种新天体,命名为“3C273”,它的光谱非常奇怪,与所有恒星光谱都不相同。1963年,一位荷兰天文学家发现了3C273奇怪光谱背后的秘密——红移,即它的光因为远离观察者而向光谱的红端移动,后来这类天体被称为类星体。

世界上能观测到类星体的望远镜非常少,但因为B2FH的发表,玛格丽特被认为是进行此类观测的不二人选,获得了使用利克天文台Shane望远镜的机会。每次去天文台,她都会开着捷豹一路飙过去,获得了“疯狂司机”的绰号,不浪费一秒的时间。

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玛格丽特和她的捷豹车,虽然后来她不再亲自开车,但她喜欢孩子们开车带着她到处跑

玛格丽特的努力并没有白费,一共发现了几十个类星体和红移现象,包括1973年红移为3.53的OQ172,这是当时已知的距离地球最远的类星体。但她发现给杰弗里等人支持的宇宙恒稳态理论的骆驼背上又加了一根稻草。因为红移表明宇宙到处都在膨胀,而这种膨胀必然来自大爆炸。然而,她从来没有想过这类问题,始终保持着“开放的心态”。

在科学生涯的最后几年,玛格丽特研究了类星体、星系的光谱,确定了星系的旋转、质量和化学成分。她在将观测光谱学引入太空方面发挥了重要作用,帮助开发了哈勃太空望远镜上的微弱物体光谱仪(FOS),用来探测像类星体这样非常模糊的物体的物理状态和化学成分。她领导了FOS数据分析小组,证明在附近的椭圆星系M87的中心存在一个巨大黑洞

与性别歧视斗争

玛格丽特在职业生涯中遇到了许多歧视,她的处理方式总是安静而含蓄的,这激励了其他许多女天文学家去追求和实现自己的抱负。

安妮·坎农天文奖是美国天文学会历史最悠久的奖项,也是唯一一个专门为女性设立的奖项。提出了恒星主要由氢和氦组成,被称为历史上最伟大的女性天文学家之一的塞西莉亚·佩恩-加波施金(Cecilia Payne-Gaposchkin)和以对球状星团和变星的开拓性研究而闻名的海伦·索耶·霍格(Helen Sawyer Hogg)等人都曾被授予此奖。

1971年,当美国航空航天局想把这一荣誉授予玛格丽特时,大家都觉得理所当然。但是,令人惊讶的是她拒绝了。她在拒绝信中写道:“是时候消除职场上对女性的歧视了,这类奖项只颁发给女性也在此列。”玛格丽特认为这个奖虽然是在奖励女性,但也是在歧视女性。这一年的坎农奖是迄今为止唯一没有获奖人的一届。

物理学家艾莉森·科伊尔(Alison Coil)表示:“当她拒绝了美国宇航局的安妮·坎农奖时,引发了一场关于天文界性别偏见的讨论,最终导致几年后成立了美国宇航局天文学界女性地位委员会。”

一年后,玛格丽特成为了英国国家科学院的第一位女性天文学家,也是第一位担任皇家格林威治天文台主任的女性。一般来说,皇家格林威治天文台主任都会被授予皇家天文学家的荣誉称号,但本该属于玛格丽特的荣誉称号被授予了另一位男性天文学家马丁·赖尔(Martin Ryle),这是该组织历史上第一次也是唯一一次发生这样的事情。

这究竟是纯粹的性别歧视,还是因为其他政治因素,至今仍不清楚。但很明显,玛格丽特并不想卷入当时英国天文学的混乱之中,在一年半之后递交了辞呈。如今去查看官方公布的皇家天文学家名单,没有留下玛格丽特的名字。

尽管玛格丽特拒绝了安妮·坎农天文奖,也可能正是因为她这么做了,她被评选为美国天文学会第一位女主席。当时,美国的《平等权利修正案》——保障所有美国公民的平等权利,不论性别——在38个州中只获得了34个州的批准。玛格丽特提出禁止在这三个持不同意见的州举行年会。对此,协会成员态度两级分化,但该提议最终以微弱的优势通过了。

回顾玛格丽特的一生,也许女儿萨拉的评价最为准确。“你让我回顾她过去的100多年——从20世纪40年代米尔希尔的那个小望远镜开始,一直到哈勃太空望远镜上微弱物体光谱仪——这真的很了不起,”女儿萨拉回忆说。“她只是想成为一名出色的观测天文学家,我敢说,她可能是她那一代人中最优秀的。”

本文来自微信公众号:造就(ID:xingshu100),作者:田晓娜

原标题:她可能是史上最酷的顶级天文学家

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