是她的發現,讓我們認識到了宇宙的浩瀚

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回到1900年代或之前,人們也跟現代人一樣在追問諸如宇宙是從何而來,是什麼定律支配著它,以及它是怎麼演化的。在試圖回答這些問題的過程中,有一大部分傑出的工作都是由女性做出的,可惜的是,在她們的生命之中,從未獲得過認可。

試想一下,那些超越銀河系的其它星系。

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(圖片來源: Hubble Legacy Archive, NASA, ESA)

它們每一個都包含了上百萬、上億甚至上萬億顆恒星。但是,在許多個世紀里,我們並不知道這些物體的真實本質。它們究竟是像銀河系一樣的星系,還是離我們很近的星雲。那個時候,大部分人都傾向於相信銀河系是宇宙中唯一的星系。而解開謎題的關鍵在於,我們需要去測量這些天體的距離。

像上面這些星系,它們的大小、亮度都非常的不一樣,因此我們不可能通過看來判定它們到底多大或多亮。

但是有一些技巧我們可以用。比如,如果我們能夠知道星系的某些內在性質,或許就可以測量它們離我們有多遠。

(圖片來源:NASA/JPL-Caltech)

想象一下,有一根已知內在亮度的蠟燭(或者燈泡)。如果你知道蠟燭輻射出的總光度,就可以知道亮度如何隨著距離減小。因此你所需要做的就是測量蠟燭的亮度,就能立即知道它有多遠。

在天文學里,這個方法被稱為標準燭光。其原理很簡單,如果你能夠測量一個天體的某些性質,通過這些性質得到內在亮度,就可以算出它的距離。

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(圖片來源:ESA/Hubble)

舉個例子,如果有某種特定的恒星,它們的內在亮度是可以被知道的,那麼我們所要做的就是測量這些恒星,就可以計算出它們離我們有多遠。今天,雖然有許多方法可以測量天體的距離,但它們都利用同樣的方式:找到天體的某些容易觀測到的性質跟內在亮度之間的關聯。

而第一個發現存在這種關聯的人正是亨麗愛塔·斯萬·勒維特(Henrietta Swan Leavitt)。

△ Henrietta Leavitt。(圖片來源:Harvard College Observatory)

在1900年代的時候,勒維特是哈佛天文台的一位天文學家。她在那里擔任計算員,職責是幫助資深的男性天文學家將已拍照的恒星進行分類。

△ 1908年,勒維特的論文發表在了哈佛天文台的年報。(圖片來源:Harvard College Observatory)

勒維特負責研究的是距離銀河系20萬光年外的小麥哲倫星雲中的成千上萬顆恒星。她從1890年代拍攝的照相底片中分類出了1777顆變星,而這其中的25顆變星徹底改變了天文學。勒維特並不只是簡單的測量了這些恒星的亮度變化、顏色等性質。她發現,一些恒星不僅會改變它們的亮度,而且是呈周期性的改變!

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(圖片來源:Henrietta Leavitt,1912)

此外,她還將這些變星和我們銀河系中的一顆變星(造父一,是造父變星的原型)相聯系。造父一是一顆藍色的恒星,並且已知它的亮度會周期性變化。

△ 造父一周圍的弓激波。(圖片來源:NASA/JPL-Caltech/M. Marengo)

她從這25顆恒星中發現的是恒星亮度的變化周期(從最亮到最暗再到最亮所需的時間)和恒星內在亮度的線性關係。

造父變星的周期和亮度間的關係今天仍在使用。勒維特的這個發現使天文學家有了一把衡量遙遠天體距離的尺子。

△ 哈勃在仙女座星系發現的第一顆造父變星。(圖片來源:Edwin Hubble / Carnegie Observatories)

數年後,哈勃利用胡克望遠鏡對仙女座星系進行拍攝,尋找著造父變星。(當時,天文學家對仙女座星系究竟是在銀河系之內還是之外進行了一場辯論。)經曆了不知道多少個夜晚,終於,在1923年的十月,他找到了一個,在仙女座星系的其中一個螺旋臂上閃爍著。經曆了又一個星期的觀測,他利用勒維特的公式來計算造父變星的距離。

在下圖中顯示的是哈勃太空望遠鏡在2011年拍攝到的造父變星V1. 這顆恒星被稱之為“宇宙學史上最重要的一顆恒星”。

△ 造父變星V1.(圖片來源:NASA/ESA/Hubble Heritage Team)

從V1發出的光使一切事情都變得明朗了:仙女座星系的確是在銀河系之外。銀河系不再是整個宇宙,它隻不過是渺滄海之一粟。

勒維特的工作是無與倫比的,正是因為她的發現,我們才真正的開始探索宇宙,而不僅限於研究銀河系內的恒星和星雲。瑞典科學院的數學家哥斯塔·米塔-列夫勒在得知她的工作後認為她值得獲得諾貝爾獎。不幸的是,他寫信給勒維特的時候是在1925年,而勒維特在四年前就已經去世。她還沒來得及得知自己的發現幫助解決了當時螺旋星雲的謎題,以及直接導致發現宇宙正在膨脹。

△ 劇作家Lauren Gunderson譜寫了她的一生和科學發現。(圖片來源:SILENT SKY 2013–2015)

下次,當你驚歎於宇宙的浩瀚時,不要忘了亨麗愛塔·斯萬·勒維特這個名字,一位傑出的女性天文學家。是她的工作以及非凡的洞察力,才有了我們今天的宇宙觀。

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