留下天文學(xué)豐碑的女性

1、留下天文學(xué)豐碑的女性留下天文學(xué)豐碑的女性天文學(xué)家們很早就用一串令人費(fèi)解的字母、B、A、F、G、K、來為恒星分類。這些字母不僅沒有按照字母表的順序排列，而且字母表上的大局部字母都不在其列。盡管看起來這些字母排列很隨意，但卻是現(xiàn)代天文學(xué)里認(rèn)識(shí)恒星的基矗最初的分類字母序列是按字母表順序從A到P排列的，但是隨著一局部字母被取消，或合并和重新排序，恒星分類法中的字母順序變成了根據(jù)恒星的不同質(zhì)量和溫度，從質(zhì)量最大、熾熱呈白色的型恒星，一直到暗弱的紅色型矮星。但是一個(gè)世紀(jì)前研究恒星的天文學(xué)家們，卻并不真正理解恒星的物理性質(zhì)。隨著照相技術(shù)為天文學(xué)觀測帶來的變革，有三位出色的、卻默默無聞的女性，拿著低廉的薪水，

2、基于恒星的不同光譜，對恒星進(jìn)展了分類。由此，她們奠定了現(xiàn)代恒星天文學(xué)的基矗早期的分類法1814年，約瑟夫馮夫瑯禾費(fèi)把分光鏡對準(zhǔn)了太陽，想看看他在燈火中發(fā)現(xiàn)的亮堂橙色譜線是否也能在太陽光譜中看到。然而，他卻看到了上百條暗線，它們使太陽光譜顯得支離破碎。這些暗線的來源一直是個(gè)謎團(tuán)，直到德國物理學(xué)家古斯塔夫基爾霍夫與德國化學(xué)家羅伯特本生德國化學(xué)家，元素銫和銣的發(fā)現(xiàn)者，本生燈以他命名。譯者注合作給出了答案。他們認(rèn)為這些暗線提醒了太陽大氣中的元素構(gòu)成，每種元素都會(huì)吸收陽光中的相應(yīng)譜線，從而使光譜中的對應(yīng)位置出現(xiàn)暗線。世界各地的天文學(xué)家們很快就把基爾霍夫的結(jié)論應(yīng)用到了恒星上面。其中，最早從事這一工作、并且

3、最富熱忱的是梵蒂岡天文臺(tái)的PietrAngelSehi神父。他在梵蒂岡天文臺(tái)的一架9英寸約22.86厘米赤道儀式望遠(yuǎn)鏡的物鏡上安裝了一塊大型玻璃棱鏡，并通過目鏡進(jìn)展觀測。他本以為光譜的類型會(huì)像滿天恒星一樣數(shù)不勝數(shù)，結(jié)果卻是，恒星的光輝呈現(xiàn)為幾種根本的光譜類型。到1877年，Sehi已經(jīng)仔細(xì)研究了約4000顆恒星的光譜，并且精心地親手繪制了其中的一局部。最終，他把這些恒星分成了5種類型。像織女星和天狼星這樣的藍(lán)白色恒星構(gòu)成了I型，這類恒星的光譜中只有幾條較寬的暗線，Sehi知道它們是由于氫元素的吸收而產(chǎn)生的；II型是黃色的恒星，包括五車二御夫座和太陽，在它們的光譜中有許多細(xì)線；III型和IV型包

4、含了紅色恒星，譜線的寬窄程度決定了它們是前者還是后者。Sehi還增加了V型，用以解釋光譜中有亮線而不是暗線的那類恒星。Sehi的工作很快就得到了廣泛應(yīng)用，但他并不是唯一嘗試進(jìn)展恒星分類的人。美國的LeisRutherfrd、英國的Huggins夫婦illiaHuggins和argaretHuggins，以及意大利的GivanniBattistaDnati都各自采用了不同的設(shè)備和觀測技術(shù)，對恒星進(jìn)展研究和分類。最初的恒星光譜研究局限于肉眼觀測，因此，想要對于他們各自的獨(dú)立工作進(jìn)展比擬雖然不是不可能，但卻非常困難。在這個(gè)時(shí)候，天體攝影術(shù)，還有一位富有的紐約人，開場登上恒星物理的歷史舞臺(tái)。Drape

5、r紀(jì)念基金第一個(gè)為恒星光譜中的暗線進(jìn)展攝影的人是HenryDraper，無論在名義上，還是在事實(shí)上，他在美國都是將天文裝備與攝影器材相結(jié)合的頂尖高手。1872年8月8日，他使用自己設(shè)計(jì)和制作的28英寸約71厘米卡塞格林望遠(yuǎn)鏡拍攝了織女星光譜，照片顯示出了4條明顯的氫線。在接下來的4年里，沒有其別人可以拍出可與之媲美的照片，而在此期間，Draper又為另外幾十顆恒星拍攝了光譜。1882年，他辭去了紐約大學(xué)的教授職位，把自己的全部精力都投入到了拍攝恒星光譜和為恒星分類上。但同年年底，由于突然感染肺部疾病，年僅45歲的Draper分開了人世，他的美妙夢想也隨之戛然而止，只留下了他的遺孀AnnaPal

6、erDraper繼續(xù)著他未竟的事業(yè)。AnnaDraper曾經(jīng)與她的丈夫并肩工作，一起記錄觀測結(jié)果、制備化學(xué)試劑、準(zhǔn)備照相用的感光片。甚至28英寸約71厘米望遠(yuǎn)鏡的鏡面玻璃都是他倆在一次購物旅行中一起選購的，那是他們的蜜月旅行。如今，雖然Draper去世了，但Anna打算新建一個(gè)機(jī)構(gòu)，專門積累和研究恒星光譜。這時(shí)候，他們夫婦的密友、哈佛大學(xué)天文臺(tái)的臺(tái)長EdardPikering表示，假如她在哈佛大學(xué)建立一個(gè)實(shí)驗(yàn)室，那么這項(xiàng)工作馬上就可以開場。本文由論文聯(lián)盟搜集整理1886年2月14日，AnnaDraper創(chuàng)立了HenryDraper紀(jì)念基金，以紀(jì)念她的丈夫。這項(xiàng)基金為哈佛大學(xué)天文臺(tái)在長達(dá)半個(gè)世紀(jì)

7、內(nèi)居于世界領(lǐng)先地位提供了很大幫助，而最終的成果，就是至今仍在使用的幾種大型恒星光譜編目。在這一工作的初始階段，需要設(shè)計(jì)一種更好的恒星分類方法。從A到Q正如那個(gè)時(shí)代通常的情況，哈佛大學(xué)天文臺(tái)內(nèi)的工作分工有著明顯的性別色彩。有大約六名男性從事需要體力的工作，如操作望遠(yuǎn)鏡、拍攝照片等，而女性的人數(shù)那時(shí)與男性人數(shù)大致相當(dāng)，但她們是在白天工作，任務(wù)是檢索照片并將所見的內(nèi)容編目成冊。實(shí)際上，在Draper基金建立之前，EdardPikering就已經(jīng)在從事恒星攝影工作，而一位名叫illiainaFleing的女同事那么以檢查玻璃底片時(shí)目光敏銳而出名。Fleing最初只是Pikering臺(tái)長家的女仆，但后來

8、Pikering注意到她的思維非常敏捷，于是便在1881年雇傭她為全職工作人員。當(dāng)時(shí)Fleing只有24歲，她的工作是抄錄和常規(guī)計(jì)算。不久之后，Pikering又讓她負(fù)責(zé)恒星光譜的分類工作。Draper星表中的光譜根本上是按照Sehi的方法拍攝的。在一臺(tái)折射望遠(yuǎn)鏡的物鏡上安裝了一塊玻璃棱鏡稱為物端棱鏡譯者注，可以將視場中所有恒星的光譜都記錄在一張底片上。每張底片的尺寸是8英寸10英寸約20厘米25厘米，可以覆蓋比北斗七星的斗身局部大一倍的天區(qū)。5分鐘的曝光就可以顯示出上百顆恒星的光譜。一開場，F(xiàn)leing想運(yùn)用Sehi的五類恒星法，但她發(fā)現(xiàn)自己比Sehi看到了更多的細(xì)節(jié)。她使用和Sehi一樣的

9、順序，即藍(lán)白色恒星、黃色恒星和紅色恒星，但她把Sehi的5種類型進(jìn)一步細(xì)分為13類，并用大寫字母依序表示。字母A、B、和D用于描繪Sehi的I型，E到L對應(yīng)于II型，對應(yīng)于III型，N對應(yīng)于IV型，而那么對應(yīng)于V型。她刪去了字母J，因?yàn)樵诘挛某霭嫖镏?，J和I很難區(qū)分。Fleing同樣也增加了一些額外類型：用P表示行星狀星云，Q表示沒有包含在上述任何一個(gè)類型中的其它恒星。經(jīng)過了多年的努力，F(xiàn)leing檢查了633張底片上的10351顆恒星的28266個(gè)光譜。哈佛天文臺(tái)于1890年公布了首份恒星攝影光譜目錄。然而在這部著作出版前，另一份目錄也已經(jīng)在準(zhǔn)備之中了。A前面的B在Fleing研究的玻璃底片

10、上，光譜的大小為1/2英寸1.27厘米長，1/32英寸0.08厘米寬。她通過放大鏡把光譜放大5倍，這樣就看到了肉眼看不到的更多譜線。此外，高色散條件下的光譜也會(huì)出現(xiàn)額外的譜線。不久，安裝在望遠(yuǎn)鏡上的棱鏡增加到了4塊，通過它們拍攝了一些新底片。每增加一塊棱鏡，每個(gè)單顆恒星的光譜都會(huì)展寬很多，從而產(chǎn)生更長、更明晰的亮星光譜。最終的圖像記錄下了數(shù)量驚人的細(xì)節(jié)。在最早的織女星照片中，HenryDraper只發(fā)現(xiàn)了4條暗線，而如今那么發(fā)現(xiàn)了百余條暗線。第二套高色散恒星光譜的照相底片經(jīng)過整理后，Pikering又雇傭了另外一位女性對它們進(jìn)展研究。Antniaaury是已故的HenryDraper的侄女，曾

11、在紐約州Pughkeepsie市的Vassar學(xué)院師從當(dāng)時(shí)美國最著名的女科學(xué)家ariaithell學(xué)習(xí)天文學(xué)，這時(shí)剛剛畢業(yè)。aury向哈佛天文臺(tái)申請工作職位，而Pikering最初并不是很愿意聘用她，他回信說這項(xiàng)在天文臺(tái)由女性從事的工作非常機(jī)械乏味，對于一位大學(xué)畢業(yè)生來說，實(shí)在是屈才了。但aury堅(jiān)持申請，并且非?？释玫竭@個(gè)時(shí)機(jī)這在19世紀(jì)末的天文學(xué)界，是女性可以得到的為數(shù)不多的工作之一。1888年，Pikering聘用了aury，而aury幾乎馬上就做出了重要奉獻(xiàn)。在Pikering的指導(dǎo)下，F(xiàn)leing遵循一種實(shí)證研究法為恒星分類，即考慮恒星光譜中某些特殊譜線的存在或缺失，如氫線。但她無

12、視了光譜可能會(huì)提醒恒星的物理性質(zhì)。aury不太贊同這種方法。她更加關(guān)注恒星光譜的意義，而且她特別想知道獵戶線的重要意義。在Fleing的分類法中，A型恒星的光譜中只有氫的吸收線，而B型恒星的光譜中那么有明顯的獵戶線。所謂獵戶線，是由于在獵戶座附近的許多恒星中都發(fā)現(xiàn)了這組吸收線而得名，它們后來被證實(shí)為氦線。aury檢查了底片，這些底片上的光譜線數(shù)量比Fleing所研究的底片多了許多，所以aury可以看出被Fleing歸入同一類的恒星之間的細(xì)微差異。aury用顯微鏡代替了玻璃放大鏡，發(fā)現(xiàn)獵戶線強(qiáng)度的降低總是伴隨著氫線強(qiáng)度的逐漸增加。理順這種變化關(guān)系的唯一方法，就是在Fleing的原始分類序列中，將

13、B型恒星挪到A型恒星之前。aury于1897年公布了她的恒星光譜目錄，介紹了一種包含22種恒星類型的新式分類法，比Fleing使用的分類法還多6種類型。這個(gè)分類法的次序用羅馬數(shù)字I到XXII表示，與Fleing的字母序列根本對應(yīng)，只是A型與B型的位置顛倒了。aury還將每個(gè)類型細(xì)分為3種亞型，用a、b、分別表示有中等、寬線和窄線的光譜。Pikering認(rèn)為，采用亞型并不很必要，但aury始終堅(jiān)持己見，認(rèn)為這代表了恒星的根本特征。最后，事實(shí)證明她是對的。幾年后，丹麥天文學(xué)家埃希納赫茨普龍EjnarHertzsprung，赫羅圖的發(fā)現(xiàn)者之一發(fā)現(xiàn)aury的亞型可以將普通的紅色恒星與高光度紅巨星分開。

14、他將這一發(fā)現(xiàn)歸功于aury在恒星光譜分類方面獨(dú)具慧眼，他說，假如忽略了亞型，就好比將鯨魚歸類為魚一樣。很明顯，aury領(lǐng)先于她的時(shí)代，但她對于自己在哈佛天文臺(tái)所扮演的角色，以及天文臺(tái)是否應(yīng)涉足恒星光譜的物理解釋上與Pikering有不同意見。1891年，aury分開了哈佛天文臺(tái)，隨后做了幾年老師，期間還不定期地偶然回到恒星光譜分類的工作上來。她和Pikering于1897年共同公布了恒星光譜目錄，而當(dāng)時(shí)型恒星的重要性正日漸顯露。盡管aury將型恒星歸入了最后一類，即XXII類，但她認(rèn)為這類恒星可能將對理解整個(gè)恒星分類序列發(fā)揮重要作用。B前面的Pikering對1890年光譜目錄中的恒星進(jìn)展了統(tǒng)

15、計(jì)學(xué)研究，他發(fā)現(xiàn)99.3%的恒星都屬于6種類型，即A、B、F、G、K和型。所以，當(dāng)Fleing準(zhǔn)備制作另一份關(guān)于星團(tuán)如昴星團(tuán)中恒星的光譜目錄時(shí)，她和Pikering決定去掉原來恒星分類中的大局部類型。許多類型都是錯(cuò)誤的或多余的。有著所謂雙氫線的型恒星，在高色散條件和更好的攝影底片中，它們的雙氫線都消失了，因此類被取消了。H、I、K型恒星的光譜都極其相似，所以都合并到K型中去了。而E、G型恒星那么是非常相似的2個(gè)類型，Pikering曾寫道：它們的區(qū)別很可能只在于攝影照片的曝光程度不同，而并非恒星本身。但這種新的分類法仍然漏掉了神秘的型恒星，它們同時(shí)擁有暗線和亮線。Pikering曾一度將型恒星

16、歸入P型行星狀星云，因?yàn)檫@兩種類型的光譜中都有亮線。但在Pikering聘用了另一位女性研究恒星光譜后，型恒星很快又回來了。當(dāng)AnnieJupannn畢業(yè)于馬薩諸塞州的ellesley女子文理學(xué)院時(shí)，是班級(jí)的演講辭別致辭的學(xué)生。她的導(dǎo)師Sarahhiting是當(dāng)時(shí)美國為數(shù)不多的女物理學(xué)家之一，同時(shí)也是Pikering的好朋友。annn從小就對天文學(xué)有濃重興趣，因此在1896年參加哈佛天文臺(tái)之前，她以特別進(jìn)修生的身份進(jìn)入馬薩諸塞州劍橋的拉德克利夫女子文理學(xué)院，專門學(xué)習(xí)天文學(xué)。有一套新底片在等待annn檢查。在劍橋拍攝了可見恒星的光譜之后，Pikering派遣工作人員，帶著望遠(yuǎn)鏡和各種設(shè)備奔赴南美

17、和南非，去拍攝南天恒星的光譜底片。在1890年目錄中的超過10000顆恒星中，只有1顆被確認(rèn)為型星；aury也只新公布了3顆型星。但是annn在南天恒星中卻發(fā)現(xiàn)了許多顆。Pikering也在研究玻璃底片，他注意到南天的型恒星船尾座的光譜中有2條亮線和一些暗線。而暗線的形式讓他想起了著名的巴爾末線系，這是由氫吸收產(chǎn)生的，但船尾座的暗線卻位于一些不同波段。幾年后在實(shí)驗(yàn)室里證明，所謂Pikering線系實(shí)際上是由一次電離的氦吸收產(chǎn)生的。但在人們認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)之前很久，annn就意識(shí)到這些譜線將會(huì)導(dǎo)致把型恒星放置在光譜序列最前端。annn所檢查的是最高質(zhì)量的攝影底片，所以她可以看到Fleing或是aur

18、y無法看到的譜線圖案。此外，她還有許多亮堂恒星的光譜可供研究。綜合以上原因，annn比aury分辨出了更多的亞型，這促使她把09這一串?dāng)?shù)字加到了字母類型后面，以表示這些亞型；此外，她還發(fā)現(xiàn)了更多的過渡型恒星。特別值得關(guān)注的是5等亮星大犬座29。annn在它的光譜中識(shí)別出了Pikering線系，這決定了它被歸入型星，此外還有通常與B型恒星相聯(lián)絡(luò)的強(qiáng)獵戶線。在1915年的?HenryDraper紀(jì)念基金會(huì)?中，annn寫道：字母的順序又一次必須打破了，因?yàn)樵诤阈切蛄兄?，型被放在了B型的前面。BAFGK在1901年，也就是annn發(fā)表她的第一份恒星光譜目錄的時(shí)候，天文學(xué)家們使用的恒星分類法有20多種

19、。大多數(shù)分類法實(shí)際上都是對以往分類法的修訂和改進(jìn)，包括對哈佛分類法的開展，但這么多的分類法導(dǎo)致了恒星分類的混亂。例如，南河三小犬座在Sehi分類法中是II型，在Fleing分類法中是F型，在aury分類法中屬于XIIa型，而在annn分類法中那么又是F5型。而其他的天文學(xué)家，又會(huì)使用自己的恒星分類法，把它列為Ia3型，或是III型，又或是用它命名一個(gè)南河三型。很顯然，應(yīng)該選擇一種統(tǒng)一的分類法，但哪一種適宜呢？歐洲的天文學(xué)家們對哈佛分類法格外詬病，認(rèn)為其中的恒星類型過多。德國波茨坦天文臺(tái)臺(tái)長JuliusShEiner評價(jià)哈佛分類法時(shí)，認(rèn)為它是最可怕的混亂。他想知道，隨著獲得更優(yōu)質(zhì)的恒星光譜，天文

20、學(xué)家們是否可以將每一顆恒星歸入一個(gè)自然的序列。但是相對于其它天文臺(tái)，哈佛無疑擁有優(yōu)勢。在20世紀(jì)初，哈佛天文臺(tái)的女性至少對30000顆恒星進(jìn)展了分類，5倍于使用所有其它分類法歸類的恒星總數(shù)。1910年9月，在加州帕薩迪娜市舉辦的一次國際天文學(xué)家大會(huì)上，Pikering主持了一場午后交流會(huì)，大家就恒星的分類問題進(jìn)展了討論。在83位出席人員中，有46人包括Fleing來自美國的研究機(jī)構(gòu)，9人來自法國和德國，8人來自英國。在會(huì)上，annn的恒星分類法幾乎沒有受到反對，Pikering對此非常欣慰。這場交流會(huì)給予了我渴望得到的強(qiáng)烈認(rèn)可，他后來在日記中這樣寫道。但一些顯要人物沒有出席這場交流會(huì)，所以一份調(diào)查問卷被散發(fā)出去，以征求更廣泛的意見。在收回的來自