主题：Jo Dunkley：那些被遗忘的女性天文学家们 -- 万年看客

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谢谢大家，很高兴今天来到这里。

人类研究天文学已有上千年历史。自从人类首次抬头仰望天空时起，我们就一直在思索其中的奥秘。但是我们难免有一种认识，似乎我们听说过的著名天文学家都是男性。我们的脑海中往往想不起女性在天文学领域有什么位置——尽管她们确有一席之地。我在研究天文学历史时越来越注意到了这个问题。我去年出版了一本天文学科普书籍，在写书的时候我发现了许多以前我并不熟悉的了不起的女性，以及她们的贡献如何揭示了关于宇宙太空的重要事实。今天我想讲几个有关她们的故事。

首先我想介绍一群了不起的女性，她们被称作哈佛的计算员——当时计算员还是一份人类职务而不是机器的名称。她们在哈佛大学天文台工作，时间是十九世纪末二十世纪初。将她们领进天文台的是一位卓有远见的科学家爱德华.皮克林。他当时缺乏人力与财力来研究天文台拍下的夜空照片。然后他意识到可以雇佣一大批女性来做这份工作，花得钱要比雇佣男性天文学家少得多，而且工作质量兴许还更好。总之他雇佣了哈佛大学的男性天文学家操作望远镜，将星星的图像拍摄在巨大的玻璃板底片上面。他们会彻夜操作望远镜——当时人们认为这份工作对于女性来说太困难，她们的体力不足以在寒风中彻夜不眠地操作巨大望远镜追踪群星。所以女性计算员就待在屋里处理图像，将其整理分类，并且逐渐理解了夜空中美丽群星的种类何其之多。这批女性率先设立的星体分类体系我们一直沿用至今，尽管她们的工作内容非常繁琐乏味，例如跟踪记录几千颗星体的亮度与颜色。期间她们也取得了重要的发现。

这些女性当中有一位亨利埃塔.利维特（Henrietta Swan Leavitt）。她曾在雷德克里夫学院接受教育，这是哈佛大学的附属院校，专门招收女生，当然毕业以后不发学历，但是毕竟提供了教育机会。然后她来到哈佛大学天文台与计算员们一起工作。接下来她不辞辛劳地研究了一类特别的星体，这些星体的亮度会随着时间推移而脉动。你要花费好几周乃至好几个月的时间来跟踪这些星体才能发现这一点。她发现这些星体的亮度总是先亮后暗，先亮后暗。正是她的发现帮助我们意识到了宇宙的规模有多么大，她的名气真应该比现在更大。她意识到，这类星体的脉动速率与这些星体本身的固有亮度有关系，这一点的重要性在于能够用来确定一颗星体距离我们有多远。我们研究天文学说白了就是呆在地球上往外看，想要准确定位外面的物体非常困难。如果我们知道了某颗星体的固有亮度，那么就能知道星体与我们的距离，因为离我们更近的话看上去必然更亮，离我们更远则看上去必然更暗。

亨利埃塔建立了光暗脉动与固有亮度之间的关系。这条定律多年以来一直被称作周期光度关系定律，直到近几年才被改口称作利维特定律。正是这条定律成为了远远更有名的天文学家埃德温.哈勃进一步研究的关键。基于亨利埃塔的发现，哈勃发现在我们的银河系之外还存在其他的星系。我们的银河系是由大约一千亿颗恒星组成的星盘，一百年之前没有人认为银河系之外还有宇宙。利用利维特的脉冲星发现，哈勃在太空中发现了许多光点，并且意识到这些光点都是整整一个星系。此外他由此还发现宇宙正在膨胀而且起源自很久以前的一场大爆炸。这一切发现的基础都是利维特的发现。她是我的偶像之一，理应被更多人了解。

现在我们知道自己生活在星系当中。星系看上去有点像图片上的图像，不过这张图不是我们的星系，而是别人家的星系。这是一个直径大约十万光年的螺旋星盘，光线本身从星系的一端照到另一端都需要十万年。这个星盘还在不停旋转。现在我们通过望远镜拍照得知宇宙当中存在着大量这样的星系。只要将镜头往后拉一点，就会发现夜空中充斥着成片的星系，每一个光点都是一千亿颗恒星的聚合体。多亏了利维特以及其他同时代天文学家的发现，我们才意识到了这些星系的存在。我们现在认为可观测宇宙里足有一万亿个星系，以一个星系都有一千亿颗恒星。宇宙确实很大。

接下来说说恒星。恒星是夜空中最吸引我们视线的东西。但是直到一百多年以前，我们并不知道恒星究竟是什么，不知道它们的成分，不知道它们为什么会发光。为什么恒星会在夜空中闪烁而行星却不会发光？恒星的能量来自哪里？恒星由什么构成？一百年前的天文学家认为恒星的成分大概与地球差不多，也有碳，也有铁，也有其他各种元素，但是恒星内核或许有什么东西会发光。最终解决这个问题的是塞西莉亚.佩恩-加波施金（Cecilia Payne-Gaposchkin），我觉得你们应该都没听说过她——还真有啊？很好很好！她不仅是我的偶像之一，还是我的英国同乡。本科的时候她在英国上了剑桥大学——剑桥也是我读本科的地方。入学之后她入迷地旁听了亚瑟.爱丁顿的讲座，讲座主题是爱丁顿为了观测日食而进行的科学考察之旅，他们利用这次观测结果证实了爱因斯坦的广义相对论，这个关于引力本质的理论得到了证明。听过这场讲座之后，佩恩-加波施金也想投身这个方向的研究。这一点我同样感同身受，我也是在剑桥学习了相对论，由此走上了成为科学家的道路。在二十世纪二十年代，佩恩-加波施金意识到自己不可能在英国拥有成为职业天文学家的未来，因为她是女性，在当时的英国不可能成为天文学家。但是她听说了美国哈佛大学的女性天文计算员的事迹，于是就跨过大西洋来到美国的剑桥大学，加入了哈佛计算员团体——此时哈佛大学已经积累了女性从事天文学的深厚历史——并且成为了哈佛大学的第一位女博士。

在攻读学位期间，佩恩-加波施金有了一个想法：恒星的成分其实非常简单，无非是氢元素与氦元素组成的大火球。或许不同恒星的构成略有不同，但是本质上无非如此。她通过分析数据与当时流行的理论得出了这个结论。这就是她的博士论文的题目。当时的人们对此抱有怀疑。当时天文学业内领军人物之一亨利.诺利斯.罗素——此人碰巧在我目前任职的普林斯顿大学工作——劝说她不要将这些内容加入她的毕业论文，因为有悖当时的普遍认识。当然她其实是正确的。直到若干年后人们才逐渐意识到她是正确的。我一直很好奇，身为一名年轻的女性天文学家，她当时承受了多么巨大的压力。万幸的是她坚持了下来并且等到了为自己正名的那一天。然后她成为了哈佛大学的第一位天文学教授与天文系第一届主任。真是个了不起的人物。

现在我们看向夜空，能用肉眼看到恒星以及我们所处的银河系。我们用肉眼可见的恒星全都位于银河系。在南半球有时我们能看见一道美丽的白色光带横贯夜空，那些都是银河系当中距离我们比较远的恒星。实际上在南半球能看到的星体要比北半球更多。如果使用望远镜，我们还能看到银河系之外其他充满恒星的星系。但是我们现在意识到宇宙当中并非只有恒星与星系。画面上是美国夜晚的卫星图像。假如你是宇航员，从太空中向下俯瞰夜晚的地球，那么你只能看到城市的绚烂灯光。但是我们知道没有光的黑暗处同样有东西存在。我们知道光明之外还存在着许多不发光的东西，例如田野、河流、高山与平原。现在我们意识到宇宙的情况其实也差不多。夜空中的星体其实只是宇宙全貌的一小部分，宇宙当中的绝大部分物质我们根本看不见。

画面上的这位女性率先提出了证实这一点的可信论据。二十世纪三十年代的天文学家弗里茨.兹威基率先提出了这一假说并且找到，但是最早说服全世界相信这一点的却是画面上这位薇拉.鲁宾（Vera Rubin）。她也是一位杰出天文学家以及我的偶像。起初她在二十世纪四十年代申请去普林斯顿大学学习，但是四十年代的普林斯顿大学不接受女性本科生。幸运的是她并没有气馁，而是转而去了康奈尔大学，后来又跟着丈夫搬到了乔治城。她一边学习一边应对着我最近刚刚经历过的挑战，也就是一边要照顾孩子一边还要成为天文学家。她每天的日程非常复杂，晚上要上课，白天要照顾两个孩子。她曾经在采访中讲述过怎样为孩子与丈夫准备好晚餐之后立刻就去上学。这也是身为女性天文学家不得不面对的挑战。幸运的是近几年随着男性与女性逐渐开始分担家务，我们在这方面的压力也变轻了一些。

鲁宾选择的科研方向是星系的旋转方式。我刚才说过星系非常巨大，很多都是几十亿颗恒星组成的星盘，我们的银河系也是其中之一，每过两亿年旋转一圈。太阳系的位置大约位于银河系边缘与中心之间的中点。她想研究星系的旋转速度究竟有多快。这一观测结果可以用来计算整个星系的质量。宇宙当中没有秤——要是有就好了——我们只能依靠引力来衡量物体质量。牛顿告诉我们，一个物体越重，围绕其转动的其他物体的转速就越快。假如太阳的质量翻一番，我们的公转时间也将会少于365天。所以只要算出一个物体绕行其他物体的速度有多快，就能得出被绕行物体的质量。于是鲁宾与她的同事肯特.福特（Kent Ford）想要研究星系内部星体的旋转速度，从而确定星系本身的质量。

为了做到这一点，她需要当时最尖端的天文望远镜，位于加州新建的帕洛马山天文台。然后她注意到申请试用望远镜的表格向写着“女性禁用”——这时候已经是二十世纪六十年代了。对此嗤之以鼻的鲁宾还是将申请表格交了上去。却原来天文台拒绝女性申请的原因是山上没有女厕所（笑声）。于是鲁宾用纸片剪了个小裙子贴在男厕所门口的小人标志身上，宣布今后这是自己的专用厕所，然后就投入了工作。她是第一个操作这台巨大天文望远镜的女性。

她依靠这台望远镜来测算星系里的星体的旋转速度多么快。她与福特发现，恒星的旋转速度太快了，尤其是在星系边缘。依据望远镜能够观测到的恒星总量来计算，这些恒星的旋转速度太快了。他们观察到的每一个星系都存在这样的情况。他们对此的解释是，星系里可见的恒星只占了星系总质量的一小部分。换言之，星系就是无数呈盘状分布的星体包裹在某种隐形物质组成的球状体当中。这个隐形球体的直径是星系的几倍，质量是星系的十几倍，而且对引力有反应，只不过我们看不见。这种物质不发光，任何望远镜都无法直接观测到。三十年前的三十年代，弗里茨.兹威基首先提出了这一设想并将这种物质称作暗物质。薇拉.鲁宾在观察了这么多星系之后再次找到了这种物质。但是这次她不是在一时一地找到了这种物质，而是发现这种物质无处不在。

她的发现如今已经成为了我们对于宇宙的理解的一部分，这也是当今天文学的最大谜题之一。根据当前的测算，这些隐性物质的总质量相当于可见物质总质量的五倍，而我们根本不知道它们是什么，或许是某种我们尚未发现的新粒子。在钻研宇宙本质的道路上，这个问题耗费了我们大量精力，这都多亏了她。她从未赢得过诺贝尔奖。我们很多人都认为她该得奖。但是两三个月之前，美国出资兴建的最大天文望远镜之一——几个月之前还仅仅被称作大口径全景巡天望远镜——被改名为薇拉.鲁宾天文台，实在是太了不起了。这台望远镜将会是未来十年全球最大的天文望远镜，镜面直径八米，在十年期间每过几个夜晚就将整个夜空巡视一遍，勘测几十亿个星系。这也是全世界第一个以女性命名的大型天文台。

我今天要讲的最后一个故事——像这样的故事还有很多——的主人公名叫乔瑟琳.贝尔.伯奈尔（Jocelyn Bell Burnell）。我很幸运，当年搬到美国任职于普林斯顿大学之前在牛津大学工作过，并且在那里遇到了她这位前辈。就像许多其他投身天文学的女性一样，她也是我的立志源头之一。画面上的照片是多年前她读本科时留下的。当时她发现了一个来自太空的奇怪信号。这个信号以无线电波的形式传到地球。无线电波的本质是一种光，只不过波长太长，我们的眼睛无法接收——话说澳大利亚真是监测太空无线电波的好地方，遍地都是射电望远镜。总之她发现了这个每秒播报一次的太空信号，一开始不知道是什么。由于这个信号如此规律，他们一开始将其称作LGM-1，意为“小绿人一号”。因为他们觉得这有可能是外星人发来的信号。事实上这个信号来自宇宙当中最极端的星体，名叫中子星。至于这些发送信号的中子星则被称作脉冲星。

中子星真是非凡的存在。我们的太阳的直径是地球的一百倍，相当于篮球与胡椒。要想制造中子星，就要将太阳压缩进相当于悉尼市中心大小的区域。中子星极其致密，以至于一茶匙中子星物质就可以直接沉到地球中心。在恒星生命的尾声，其自身引力会将其压缩成为这种宇宙当中最致密的物质。而且这些巨物每秒都会自转一次并且释放这些脉冲。中子星如此致密，以至于再略微压缩一点就会变成黑洞。中子星就是成为黑洞之前的最后阶段。贝尔.伯奈尔发现了这一类星体。当时她没有获得诺贝尔奖，奖项归了她的导师。不过过去几年历史略微补偿了她一点。两年前她获得了科学突破奖，奖金三百万美元，表明人们终于意识到了她的功劳。本着她一贯的天性，她现在正在利用这笔钱支持女性与少数族裔学生投身物理学与天文学。

我认为今天谈到的四位女性都没有得到应有的认可。但是科学界确实逐渐意识到了这一点。我们将定律名称改成了利维特定律，我们将天文台重新命名为了薇拉.鲁宾天文台，乔瑟琳.贝尔.伯奈尔刚刚赢得了奖项。我们面前的道路还很漫长，但是我觉得我们确实正在一点一点地前进。谢谢大家。