女扮男裝、瘋狂飆車,她可能是史上最酷的頂級天文學家

2020-12-04 造就

「不能把望遠鏡的時間浪費在這種垃圾研究上!她認為她是誰?」得知一位年邁的天文學家想使用全新的凱克望遠鏡觀察星空,試圖推翻宇宙大爆炸理論,年輕的天文界新秀忍不住尖叫道。

對此,天文臺主任喬·米勒(Joe Miller)回答說:「她是瑪格麗特·伯比奇(Margaret Burbidge),你只要抬頭看看小行星5490(全名5490 Burbidge,以她的姓氏命名)就知道她是誰了。」「就算她想要用半個晚上的時間來畫火星,我也會同意——無論如何,我們都要對這位20世紀最偉大的天文學家之一表示應有的敬意。」

百年傳奇人生

時間回到1945年,那時瑪格麗特在報紙上看到了美國威爾遜山天文臺卡內基獎學金的廣告,便寄信申請該獎學金,但是她的申請被拒絕了,因為她是一名女性。後來,她又寫信申請使用天文臺的望遠鏡,再次被拒絕,理由是天文臺沒有女性洗手間。

儘管如此,瑪格麗特還是克服了種種性別偏見與歧視,闡明了恆星核合成的原理,成為了當時最有影響力的天體物理學家之一。

1964年,瑪格麗特在達拉斯授課

瑪格麗特一生中擔任過許多重要職務,包括皇家格林威治古天文臺臺長和美國天文學會會長。在她之前,這些職位都只對男性開放。女兒薩拉·伯比奇(Sarah Burbidge)在一次電話採訪表示,雖然瑪格麗特一直努力成為一名傑出的「女天文學家」,但她的首要目標是成為一名出色的「天文學家」。

2020年4月5日,這位傳奇女性在舊金山家中去世,享年100歲。

「天鵝絨手套下的鐵拳」

1919年8月12日,瑪格麗特·伯比奇出生在英國西北部的達文波特,後來舉家搬到倫敦,那裡多雲的夜空常常阻礙星光到達這座城市。

四歲的夏天,父母帶她去法國度假。輪船在英吉利海峽上緩緩行駛,小小的瑪格麗特站在甲板上仰望星空。「這是我第一次真正注意到星星,」她在1978年的一次採訪中回憶道。「在倫敦長大的小孩看到星星的機會並不多,那裡總是陰天。」從此,她便與星星結下了不解之緣。

她的博士論文研究的就是變星伽馬仙后座的光譜。當時正值二戰,為了獲得足夠多的觀測數據,她常常冒著戰火獨自一人在天文臺觀測,不時還有炸彈落在她周圍。1994年8月3日那天晚上,炸彈落到她周圍兩次,劇烈的震動導致望遠鏡偏移。她不但沒有一絲慌亂,還在觀測日記中記下了兩次轟炸對觀測的影響。

瑪格麗特的筆記中提到炸彈導致觀測中斷兩次

二戰後,瑪格麗特認識了一個名叫傑弗裡·伯比奇(Geoffrey Burbidge)的男人,兩人志趣相投,相識六個月後就走入了婚姻殿堂。周圍的朋友都覺得這對夫妻很奇妙,就像是一枚硬幣的正反兩面。傑弗裡性格急躁,常常與人辯論不休,瑪格麗特則端莊嫻靜,甚至有朋友說:「如果伊莉莎白女王需要替身,瑪格麗特完全可以勝任。」

但外表往往都具有欺騙性。儘管傑弗裡對自己的科學觀點固執己見,卻與持不同觀點的同事建立了深厚的友誼。至於瑪格麗特,「她就像是天鵝絨手套下藏著的鐵拳,」米勒說。「她相信她所知道的,並堅持自己的原則。」即使她從不為此爭辯。

瑪格麗特與傑弗裡

瑪格麗特對天文學和光譜學的熱情影響了她的丈夫,婚後不久傑弗裡的研究方向就從物理學轉向了天文學。傑弗裡向當初拒絕瑪格麗特的威爾遜天文臺遞交了一份申請,被接受了。瑪格麗特女扮男裝,以傑弗裡助手的名義進入了天文臺。後來瑪格利特懷孕,為了不被人看破身份,無論天氣多熱,她都要裹著厚重的大衣掩蓋肚子。即使如此,她也從未放棄對天文的探索。

她在1994年的回憶錄中對此評價道:「這件事教給了我一個道理。」「如果一堵石牆擋住了去路……我必須找到解決的辦法。」

一文成名

瑪格麗特夫婦的研究很快引起了著名實驗核物理學家威廉·福勒(William Fowler)的注意。夫婦兩人對具有強磁場的獵犬座α進行了詳細的光譜分析,發現這顆恆星的稀土金屬平均過剩量約為太陽的800倍。

福勒當時正與弗雷德·霍伊爾(Fred Hoyle)合作。霍伊爾曾發表論文闡釋了恆星如何將氫和氦轉化為宇宙中普遍存在的重元素的理論,後來這一概念被稱為恆星核合成理論,與當時公認的所有元素都來自宇宙大爆炸的觀點相悖。

福勒認為伯比奇夫婦的研究有助於證實霍伊爾的恆星核合成理論,便邀請兩人加入他們在劍橋的團隊。當時瑪格麗特已經懷孕很久了,福勒甚至擔心她會「爆炸」。

在霍伊爾早期研究的基礎上,瑪格麗特確定了構成元素周期表的所有元素在恆星內部的合成過程(除了最輕的氫),並闡釋了隨著恆星演化,鐵元素是如何被創造出來的。

瑪格麗特等人發表的關於恆星核合成的論文,被多次引用

最後,這些努力成果凝聚成了幾人合著的一篇長達108頁的論文,1957年10月發表在《現代物理學評論》上。論文解釋了在恆星生命周期的不同階段元素是如何形成的,在科學界普及了恆星核合成的概念,指出構成我們周圍一切的元素——包括我們自己——都起源於恆星。也就是說,我們本質上是星星。米勒總結道:「這篇論文為化學元素的形成奠定了基礎。」

這篇論文後來被多次引用,以至於後來被簡稱為B2FH(四個作者姓氏的第一個字母,B2表示伯比奇夫婦,F代表福勒,H代表霍伊爾)。福勒因其對宇宙中化學元素的形成有重要意義的核反應的理論和實驗研究獲得了1983年的諾貝爾物理學獎。

這篇論文並非沒有爭議。霍伊爾和傑弗裡是宇宙恆穩態理論的堅定支持者。大爆炸理論認為,宇宙是在一次爆炸中誕生的,並且一直在膨脹,密度不斷降低。而穩態理論則認為宇宙已經並將永遠存在。然而,恆星核合成理論一定程度上證明了恆穩態理論,但這一勝利很快就被支持大爆炸理論的證據海嘯所淹沒,但這絲毫無損恆星核合成理論的光輝。

儘管文中認為氦、鋰與重元素在恆星內部合成的觀點並不正確,但文中提出的較重的元素是通過恆星內部的熱核反應由較輕的元素合成等觀點成為標準教科書裡的內容,流傳至今。

加州大學聖地牙哥分校的化學家馬克·蒂門斯(Mark Thiemens)評價說:「這篇論文之前,我們知道元素是由恆星組成的。」 「但我們不知道它們是如何形成的。」

新的天文之謎

在B2FH獲得巨大成功後,瑪格麗特又把目光投向了類星體。

1960年,美國天文學家觀測到一種新天體,命名為「3C273」,它的光譜非常奇怪,與所有恆星光譜都不相同。1963年,一位荷蘭天文學家發現了3C273奇怪光譜背後的秘密——紅移,即它的光因為遠離觀察者而向光譜的紅端移動,後來這類天體被稱為類星體。

世界上能觀測到類星體的望遠鏡非常少,但因為B2FH的發表,瑪格麗特被認為是進行此類觀測的不二人選,獲得了使用利克天文臺Shane望遠鏡的機會。每次去天文臺,她都會開著捷豹一路飆過去,獲得了「瘋狂司機」的綽號,不浪費一秒的時間。

瑪格麗特和她的捷豹車,雖然後來她不再親自開車,但她喜歡孩子們開車帶著她到處跑

瑪格麗特的努力並沒有白費,一共發現了幾十個類星體和紅移現象,包括1973年紅移為3.53的OQ172,這是當時已知的距離地球最遠的類星體。但她發現給傑弗裡等人支持的宇宙恆穩態理論的駱駝背上又加了一根稻草。因為紅移表明宇宙到處都在膨脹,而這種膨脹必然來自大爆炸。然而,她從來沒有想過這類問題,始終保持著「開放的心態」。

在科學生涯的最後幾年,瑪格麗特研究了類星體、星系的光譜,確定了星系的旋轉、質量和化學成分。她在將觀測光譜學引入太空方面發揮了重要作用,幫助開發了哈勃太空望遠鏡上的微弱物體光譜儀(FOS),用來探測像類星體這樣非常模糊的物體的物理狀態和化學成分。她領導了FOS數據分析小組,證明在附近的橢圓星系M87的中心存在一個巨大黑洞。

與性別歧視鬥爭

瑪格麗特在職業生涯中遇到了許多歧視,她的處理方式總是安靜而含蓄的,這激勵了其他許多女天文學家去追求和實現自己的抱負。

安妮·坎農天文獎是美國天文學會歷史最悠久的獎項,也是唯一一個專門為女性設立的獎項。提出了恆星主要由氫和氦組成,被稱為歷史上最偉大的女性天文學家之一的塞西莉亞·佩恩-加波施金(Cecilia Payne-Gaposchkin)和以對球狀星團和變星的開拓性研究而聞名的海倫·索耶·霍格(Helen Sawyer Hogg)等人都曾被授予此獎。

1971年,當美國航空航天局想把這一榮譽授予瑪格麗特時,大家都覺得理所當然。但是,令人驚訝的是她拒絕了。她在拒絕信中寫道:「是時候消除職場上對女性的歧視了,這類獎項只頒發給女性也在此列。」瑪格麗特認為這個獎雖然是在獎勵女性,但也是在歧視女性。這一年的坎農獎是迄今為止唯一沒有獲獎人的一屆。

物理學家艾莉森·科伊爾(Alison Coil)表示:「當她拒絕了美國宇航局的安妮·坎農獎時,引發了一場關於天文界性別偏見的討論,最終導致幾年後成立了美國宇航局天文學界女性地位委員會。」

一年後,瑪格麗特成為了英國國家科學院的第一位女性天文學家,也是第一位擔任皇家格林威治天文臺主任的女性。一般來說,皇家格林威治天文臺主任都會被授予皇家天文學家的榮譽稱號,但本該屬於瑪格麗特的榮譽稱號被授予了另一位男性天文學家馬丁·賴爾(Martin Ryle),這是該組織歷史上第一次也是唯一一次發生這樣的事情。

這究竟是純粹的性別歧視,還是因為其他政治因素,至今仍不清楚。但很明顯,瑪格麗特並不想捲入當時英國天文學的混亂之中,在一年半之後遞交了辭呈。如今去查看官方公布的皇家天文學家名單,沒有留下瑪格麗特的名字。

儘管瑪格麗特拒絕了安妮·坎農天文獎,也可能正是因為她這麼做了,她被評選為美國天文學會第一位女主席。當時,美國的《平等權利修正案》——保障所有美國公民的平等權利,不論性別——在38個州中只獲得了34個州的批准。瑪格麗特提出禁止在這三個持不同意見的州舉行年會。對此,協會成員態度兩級分化,但該提議最終以微弱的優勢通過了。

回顧瑪格麗特的一生,也許女兒薩拉的評價最為準確。「你讓我回顧她過去的100多年——從20世紀40年代米爾希爾的那個小望遠鏡開始,一直到哈勃太空望遠鏡上微弱物體光譜儀——這真的很了不起,」女兒薩拉回憶說。「她只是想成為一名出色的觀測天文學家,我敢說,她可能是她那一代人中最優秀的。」

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