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留下天文学丰碑的女性

(2013年09月01日 17:49:16)
来源:《中国国家天文》杂志

□作者: John Dovrak

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  天文学家们很早就用一串令人费解的字母——O、B、A、F、G、K、M——来为恒星分类。这些字母不仅没有按照字母表的顺序排列,而且字母表上的大部分字母都不在其列。尽管看起来这些字母排列很随意,但却是现代天文学里认识恒星的基础。

  最初的分类字母序列是按字母表顺序从A到P排列的,但是随着一部分字母被取消,或合并和重新排序,恒星分类法中的字母顺序变成了根据恒星的不同质量和温度,从质量最大、炽热呈白色的O型恒星,一直到暗弱的红色M型矮星。

  但是一个世纪前研究恒星的天文学家们,却并不真正了解恒星的物理性质。随着照相技术为天文学观测带来的变革,有三位杰出的、却默默无闻的女性,拿着低廉的薪水,基于恒星的不同光谱,对恒星进行了分类。由此,她们奠定了现代恒星天文学的基础。

  早期的分类法

  1814年,约瑟夫 · 冯 · 夫琅禾费把分光镜对准了太阳,想看看他在灯火中发现的明亮橙色谱线是否也能在太阳光谱中看到。然而,他却看到了上百条暗线,它们使太阳光谱显得支离破碎。这些暗线的来源一直是个谜团,直到德国物理学家古斯塔夫 · 基尔霍夫与德国化学家罗伯特 · 本生(德国化学家,元素铯和铷的发现者,本生灯以他命名。——译者

  注)合作给出了答案。他们认为这些暗线揭示了太阳大气中的元素构成,每种元素都会吸收阳光中的相应谱线,从而使光谱中的对应位置出现暗线。

  世界各地的天文学家们很快就把基尔霍夫的结论应用到了恒星上面。其中,最早从事这一工作、并且最富热忱的是梵蒂冈天文台的Pietro Angelo Secchi神父。他在梵蒂冈天文台的一架9英寸(约22.86厘米)赤道仪式望远镜的物镜上安装了一块大型玻璃棱镜,并通过目镜进行观测。他本以为光谱的类型会像满天恒星一样数不胜数,结果却是,恒星的光芒呈现为几种基本的光谱类型。

  到1877年,Secchi已经仔细研究了约4000颗恒星的光谱,并且精心地亲手绘制了其中的一部分。最终,他把这些恒星分成了5种类型。像织女星和天狼星这样的蓝白色恒星构成了I型,这类恒星的光谱中只有几条较宽的暗线,Secchi知道它们是由于氢元素的吸收而产生的;II型是黄色的恒星,包括五车二(御夫座α)和太阳,在它们的光谱中有许多细线;III型和IV型包含了红色恒星,谱线的宽窄程度决定了它们是前者还是后者。Secchi还增加了V型,用以解释光谱中有亮线而不是暗线的那类恒星。

  Secchi的工作很快就得到了广泛应用,但他并不是唯一尝试进行恒星分类的人。美国的Lewis Rutherford、英国的Huggins夫妇(William Huggins和Margaret Huggins),以及意大利的Giovanni Battista Donati都各自采用了不同的设备和观测技术,对恒星进行研究和分类。最初的恒星光谱研究局限于肉眼观测,因此,想要对于他们各自的独立工作进行比较虽然不是不可能,但却非常困难。

  在这个时候,天体摄影术,还有一位富有的纽约人,开始登上恒星物理的历史舞台。




  Draper纪念基金

  第一个为恒星光谱中的暗线进行摄影的人是Henry Draper,无论在名义上,还是在事实上,他在美国都是将天文装备与摄影器材相结合的顶尖高手。1872年8月8日,他使用自己设计和制作的28英寸(约71厘米)卡塞格林望远镜拍摄了织女星光谱,照片显示出了4条明显的氢线。在接下来的4年里,没有其他人能够拍出可与之媲美的照片,而在此期间,Draper又为另外几十颗恒星拍摄了光谱。
  1882年,他辞去了纽约大学的教授职位,把自己的全部精力都投入到了拍摄恒星光谱和为恒星分类上。但同年年底,由于突然感染肺部疾病,年仅45岁的Draper离开了人世,他的美好梦想也随之戛然而止,只留下了他的遗孀Anna Palmer Draper继续着他未竟的事业。

  Anna Draper曾经与她的丈夫并肩工作,一起记录观测结果、制备化学试剂、准备照相用的感光片。甚至28英寸(约71厘米)望远镜的镜面玻璃都是他俩在一次购物旅行中一起选购的,那是他们的“蜜月旅行”。现在,虽然Draper去世了,但Anna打算新建一个机构,专门积累和研究恒星光谱。这时候,他们夫妇的密友、哈佛大学天文台的台长Edward Pickering表示,如果她在哈佛大学建立一个实验室,那么这项工作马上就可以开始。




  1886年2月14日,Anna Draper创立了Henry Draper纪念基金,以纪念她的丈夫。这项基金为哈佛大学天文台在长达半个世纪内居于世界领先地位提供了很大帮助,而最终的成果,就是至今仍在使用的几种大型恒星光谱编目。在这一工作的初始阶段,需要设计一种更好的恒星分类方法。

  从A到Q

  正如那个时代通常的情况,哈佛大学天文台内的工作分工有着明显的性别色彩。有大约六名男性从事需要体力的工作,如操作望远镜、拍摄照片等,而女性的人数那时与男性人数大致相当,但她们是在白天工作,任务是检索照片并将所见的内容编目成册。
 
  实际上,在Draper基金建立之前,Edward Pickering就已经在从事恒星摄影工作,而一位名叫Williamina Fleming的女同事则以检查玻璃底片时目光敏锐而闻名。Fleming最初只是Pickering台长家的女仆,但后来Pickering注意到她的思维非常敏捷,于是便在1881年雇佣她为全职工作人员。当时Fleming只有24岁,她的工作是“抄录和常规计算”。不久之后,Pickering又让她负责恒星光谱的分类工作。


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文章作者:John Dovrak
责任编辑:skylook

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