2019
07-21

[天文学家]盘点历史地位最高的十位天文学家,你

  (附言:哦,当然了,我们也会花一些时间去回答那些好奇的人们的问题)

  问:你能描述一名天文学家工作的一天吗? 答:很难去回答“一位天文学家每天会做什么”这个问题,因为我们每天都会做不同的事。我们一般会将我们的时间分配给五到六件不同的事:我们在办公室的工作,旅行,教学,阅读,写作或用望远镜观测。然而,那些注重理论天文学的天文学家一般不会过多的进行观测。

  旅行:如果你喜欢旅行,天文学就是一份适合你的职业。我们会去参加在世界各地举办的会议。比如,每年都会在不同的地方举办一年一度的AAS(美国天文学会)和IAU(国际天文学联合会)。一般情况下一位天文学家一年会去参加几次会议。出行的次数通常取决于天文学家们从机构或他们的赞助中得到的资金数。大多数情况下,我们会在这些会议上介绍我们的研究成果。

  阅读:我们花了很多时间读书,学习新的课题或者仅仅是跟上天文学领域主要发展趋势。有很多不同的公共期刊,比如像《天体物理学报》,我们需要掌握当前的研究和发展。我们中的很多人在一天当中做的第一件事就是阅读arXiv(一个开放式发表新报刊文章的档案馆)上更新的天文学论文。

  教学:大多数天文学家会在一些高等院校教授天文学和物理学课程。尽管我们在教学上所花的时间因人而异,但通常在我们的时间中,这是一个相当大的比重(尤其是对于那些第一次教授课程的年轻的天文学家)。即使是博士生,我们中的大多数都是作为助教,这也是我们薪金的一部分。

  我们的时间是如何在这些各种各样的活动中分配的,因人而异,也因我们在某时刻所做的研究的种类而异。可以确切地说,天文学家有大部分时间都不在家中度过,但我们也会花大量的时间在我们的电脑前(尽管我认为我们中的大多数人都在尽力去减少这个时间)。

  写作:我们也会花大量的时间写论文和研究计划书。为了展示和分享我们的研究成果,我们需要写出并发表论文。能够清楚且充分地提出观点,对一个好的写作技能来说是必不可少的。我们也需要编写好的赞助方案来从各种资源中为我们的研究获取资金,而且我们也需要写出观测方案来获得各种望远镜和设施的使用权,以进一步推进我们的研究。

  如有相关内容侵权,请于三十日以内联系作者删除

  我们在办公室的工作:这经常包括为我们的组织机构做行政工作(尽管我们通常会限制在这些事情上所花费的时间),或者致力于我们的研究。就研究而言,这意味着会有各种各样的事情,从校准分析数据到运行数值模型,或者测试理论,或任何不同的事情。可是,我们的确花了大部分的时间在电脑前。熟悉电脑和编程在天文学家的职业生涯中是必须的。

  这些会议提供了极好的机会,能让我们认识其他的天文学家并了解其他人在进行什么样的研究。而且因为世界上的天文学家不到两万人,所以你确实可以通过这些会议认识你研究领域中的每一个人。天文学家们经常会被邀请去其它的机构做个人演讲。很多大学会举办每周会议,邀请其他学院的科学家们来分享他们的研究成果。

  观测:观测天文学家不得不经常到各种天文台去进行他们的研究。这些天文台坐落在全世界各地,从波多黎各到夏威夷,欧洲,澳大利亚,智利,或者甚至是南极。大多数天文学家都是各地游历的。然而,也有许多天文学家致力于纯粹的理论课题研究而很少去观测或者从不观测。

  转载还请取得授权,并注意保持完整性和注明出处

  造父变星的光度和脉动周期有着非常强的关系,是可靠且重要的标准烛光。图片:NASA/JPL

  尊敬的勒维特小姐,我的朋友兼同事乌普萨拉的von Zeipel教授告诉加了我关于你对小麦哲伦星云的S. 造父变星的星等与周期长度之间的关系的发现,该经验定律令我印象极为深刻,我非常想要提名你获得1926年的诺贝尔物理学奖,尽管我必须承认我对这件事的了解还不完整。

  船尾座RS(RS Puppis),是一颗位于船尾座的造父变星。图片:ESA/Hubble

  勒维特的这个发现瞬间使天文学家有了一把衡量遥远天体距离的尺子,成为了测量恒星和星系的强有力工具。对于当时的天文学家而言,这对于理解宇宙的大小和演化是至关重要的一步。后来我们知道,勒维特的研究直接导致了天体物理学史上两个最令人惊讶和重要的发现。

  博科园-科学科普|来自:原理/principia1687

  站在巨人的肩膀上

  1908年勒维特的论文发表在了哈佛天文台的年报。图片:Harvard College Observatory

  图中显示的是哈勃太空望远镜拍摄到的造父变星V1和哈勃在1923拍摄到的对比,时间相隔约90年。图片:NASA/ESA/Hubble Heritage Team

  勒维特的工作在当时并没有受到最公允的对待。今天,有许多努力都在试图让更多的人知道勒维特的事迹。这其中包括Dava Sobel的著作《玻璃宇宙:哈佛天文台的女性如何测量恒星》,书中涵盖了勒维特以及其他“哈佛计算员”的故事;此外,勒维特和她的女同事也是剧作家Lauren Gunderson谱写的《Silent Sky》的主角。图片:SILENT SKY

  但是,在许多个世纪里,我们并不知道这些星系的真实本质:它们究竟是像银河系一样的星系,还是离我们很近的星云?要知道在20世纪初,人们甚至还在认为宇宙中只有一个星系,那便是银河系。而解开这个谜题的关键在于,我们需要去测量这些天体的距离。

  无疑勒维特的工作是无与伦比的,正是因为她的发现,我们才得以真正的开始探索宇宙,而不仅限于研究银河系内的恒星和星云。之后,哈勃利用造父变星的周期和光度的关系证明了宇宙并不是静态的,而是正在膨胀!到了上个世纪九十年代末期,天文学家在这项工作的基础上,更是发现了宇宙不仅在膨胀,而且还在加速膨胀!而导致加速的幕后推手是至今仍然困惑着科学家的“暗能量”。

  勒维特的发现至今仍被天文学家广泛使用。例如,哈勃太空望远镜在2018年1月公布的最新结果[1]正是基于勒维特定律,试图从最近的宇宙学观测中揭示新的物理学。1925年,瑞典科学院的数学家哥斯塔·米塔-列夫勒在得知她的工作后认为她值得获得诺贝尔奖。他在给勒维特的信中写道:

  此外,她还将这些变星和我们银河系中的一颗名为造父一的变星(造父变星的原型)相联系。造父一是一颗明亮的蓝色恒星,并且已知它的亮度会呈周期性变化。她从这25颗造父变星中发现的是每一颗恒星的周期(从最亮到最暗再到最亮所需的时间)和恒星本征亮度之间的关系。

  此图显示在七个月的期间内,造父变星V1的星光呈节奏性的上升和下降。图中所示,V1会在每31.4天内完成一次增亮与变暗的脉动周期。图片来:NASA,ESA & Z. Levay(STScI)

  哈佛计算员

  19世纪中期,天文学家在夜空中观测到了许多”螺旋星云“,他们对这些天体的本质存在着分歧。图片: ESO/P.Grobol

  不幸的是,这封信来得太晚,勒维特在1921年便已经因癌症去世。

  Leavitt和其他的女性计算员。图片:Harvard College Observatory

  勒维特的任务是通过这些底片分析恒星的亮度;为了做比较,她通常会将一个底片放置在另一个底片上,观察恒星是如何在曝光之间改变亮度的。她研究了距离银河系20万光年外的小麦哲伦星云中的成千上万颗恒星。她从1890年代拍摄的照相底片中分类出了1777颗变星(即那些亮度会随时间变化的恒星),而其中的25颗彻底改变了天文学。勒维特并不只是简单的测量了这些恒星的亮度、颜色等性质的变化;她还注意到了其中一些恒星的亮度会呈周期性的、极有规律的变化。

  今天,是勒维特是150周岁的诞辰。我们需要记住的是,她在最艰苦的境遇中(个人的不幸以及社会的不公平对待),依然对探索宇宙充满了热情。下次,当我们抬头仰望星空时,不要忘了亨丽爱塔·斯万·勒维特这个名字,一位伟大的天文学家。是她的工作以及非凡的洞察力,塑造了我们今天的宇宙观。

  这颗恒星被称之为“宇宙学史上最重要的一颗恒星”。从V1发出的光让一切事物都变得明朗了:仙女座星系的确在银河系之外。银河系不再是整个宇宙,它只不过是浩瀚宇宙中众多星系的一员。

  数年后,天文学家哈勃利用胡克望远镜对仙女座星系进行拍摄,寻找着造父变星。(当时,天文学家并不知道仙女座星系究竟是一个远离我们的独立星系,还是在银河系内的“螺旋星云”。为此,著名的天文学家Harlow Shapley和Heber Curtis还进行了一场大辩论。)经历了不知多少个夜晚,终于,他在1923年的十月找到了一颗,它就闪烁在仙女座星系的其中一个螺旋臂上,被称为造父变星V1。又历经了一个星期的观测,他利用造父变星的周期和光度间的关系(被称为勒维特定律)计算出了造父变星V1的距离。

  但是有一些技巧是我们可以用的。比如,如果我们能够知道星系的某些内禀性质,或许就可以测量它们离我们有多远。想象一下,假如有一根已知本征亮度的蜡烛(或者灯泡),如果你知道它发射出了多少光,并知道亮度随着距离会如何减小,那么你所需要做的就是测量蜡烛的可视亮度,这样就能立即知道它距离你有多远。

  对于像下图所示的星系,你可能会认为这些天体本质上都是一样的大小,因此那些看起来更小的星系离我们更远。但事实却并非总是如此:有些星系的质量和亮度是其他星系的数千倍,有些星系的大小则是其他星系的数倍之多,你无法仅仅通过简单的观察就知道一个星系究竟有多大或有多亮。

  Henrietta Swan Leavitt。图片:Harvard College Observatory

  举个例子,如果有某种特定的恒星,它们的本征亮度是可以被知道的,那么我们所要做的就是测量这些恒星的可视亮度,然后就可以计算出它们离我们有多远。现在,我们虽然已经有了许多可以测量天体距离的方法,但它们利用的都是同样的方式:找到天体的某些容易被观测到的性质跟本征亮度之间的关联。第一个发现存在这种关联的人正是亨丽爱塔·斯万·勒维特(Henrietta Swan Leavitt)。

  博科园:科学科普-天文学类

  在天文学里,这个方法被称为标准烛光。其原理很简单,如果你能够测量一个天体的某些性质,通过这些性质得到本征亮度,就可以算出它的距离。

  造父变星的亮度会随着它们内部的氦气的加热并膨胀、再在一个反馈回路中冷却并收缩而变化。这种脉动的周期与恒星的本征亮度或光度密切相关。

  中间最明显的星系被称为NGC7311,是一个无棒螺旋星系。图片: Brian Combs

  1868年7月4日,勒维特出生于美国马萨诸塞州。她相继在俄亥俄州欧柏林大学和拉德克利夫学院求学。之后,她自愿成为了哈佛大学天文台的研究助理,并于1907在哈佛天文台的主任皮克林(Edward Pickering)的指导下被正式聘用。在他长达几十年的终身任职期间,皮克林录用过许多女性天文学家,这些人被称为“哈佛计算员”,专门负责一项那些男性天文学家不愿从事的冗长而乏味的工作——分析照相底片,并且她们被给予的报酬非常低。

  那些星系,距离我们多远?让我们试着跳出太阳系、银河系,想象那些散落在宇宙各个角落中的其它星系。在这些星系中,每一个都有上百万、上亿甚至上万亿颗的恒星。每一个恒星系统都有着自己独特的历史。

  郭守敬(1231年-1316年),字若思,汉族,顺德府邢台县(今河北邢台市邢台县)人。元朝著名的天文学家、数学家、水利工程专家 。早年师从刘秉忠、张文谦,官至太史令、昭文馆大学士、知太史院事,世称"郭太史"。元仁宗延佑三年(1316年),郭守敬逝世,享年八十六岁。著有《推步》、《立成》等十四种天文历法著作。郭守敬在天文、历法、水利和数学等方面都取得了卓越的成就。 他自至元十三年(1276年)起,奉命修订新历法,历时四年,制订出了通行三百六十多年的《授时历》,成为当时世界上最先进的一种历法。为修订历法,郭守敬还改制、发明了简仪、高表等十二种新仪器。

  张衡

  郭守敬

  第谷

  张衡(78年-139年),字平子。汉族,南阳西鄂(今河南南阳市石桥镇)人 ,南阳五圣之一,与司马相如、扬雄、班固并称汉赋四大家。中国东汉时期伟大的天文学家、数学家、发明家、地理学家、文学家,在东汉历任郎中、太史令、侍中、河间相等职。晚年因病入朝任尚书,于永和四年(139年)逝世,享年六十二岁。北宋时被追封为西鄂伯。张衡在天文学方面著有《灵宪》、《浑仪图注》等,数学著作有《算罔论》,文学作品以《二京赋》、《归田赋》等为代表。《隋书·经籍志》有《张衡集》14卷,久佚。明人张溥编有《张河间集》,收入《汉魏六朝百三家集》。张衡为中国天文学、机械技术、地震学的发展作出了杰出的贡献,发明了浑天仪、地动仪,是东汉中期浑天说的代表人物之一。

  第谷·布拉赫(Tycho Brahe,1546年12月14日-1601年10月24日),丹麦天文学家和占星学家。1546年12月14日生于斯坎尼亚省基乌德斯特普的一个贵族家庭,1601年10月24日,第谷逝世于布拉格,终年55岁。1572年11月11日第谷发现仙后座中的一颗新星,后来受丹麦国王腓特烈二世的邀请,在汶岛建造天堡观象台,经过20年的观测,第谷发现了许多新的天文现象。第谷·布拉赫曾提出一种介于地心说和日心说之间的宇宙结构体系,十七世纪初传入我国后曾一度被接受。第谷所做的观测精度之高,是他同时代的人望尘莫及的。第谷编制的一部恒星表相当准确,至今仍然有价值。

  爱德温·鲍威尔·哈勃(英语:Edwin Powell Hubble,1889年11月20日-1953年9月28日),美国著名的天文学家。哈勃证实了银河系外其他星系的存在,并发现了大多数星系都存在红移的现象,建立了哈勃定律,是宇宙膨胀的有力证据(参见大爆炸理论)。哈勃是公认的星系天文学创始人和观测宇宙学的开拓者。并被天文学界尊称为星系天文学之父。为纪念哈勃的贡献,小行星2069、月球上的哈勃环形山以及哈勃太空望远镜均以他的名字来命名。

  约翰尼斯·开普勒(Johannes Kepler,1571年12月27日-1630年11月15日),生于符腾堡的威尔德斯达特镇,卒于雷根斯堡 。德国杰出的天文学家、物理学家、数学家。开普勒发现了行星运动的三大定律,分别是轨道定律、面积定律和周期定律。这三大定律可分别描述为:所有行星分别是在大小不同的椭圆轨道上运行;在同样的时间里行星向径在轨道平面上所扫过的面积相等;行星公转周期的平方与它同太阳距离的立方成正比。这三大定律最终使他赢得了"天空立法者"的美名。同时他对光学、数学也做出了重要的贡献,他是现代实验光学的奠基人

  阿利斯塔克

  阿利斯塔克(Aristarchus),生于公元前315年,死于公元前230年,萨摩斯人(爱琴海萨摩斯岛)。古希腊第一个著名天文学家。 阿利斯塔克曾就学于雅典学园。他曾经提出了亚历山大里亚时期的最有独创性的科学假说。他是历史上最早提出日心说的人,也是最早测定太阳和月球对地球距离的近似比值的人。阿利斯塔克认为,地球每天在自己的轴上自转,每年沿圆周轨道绕日一周,太阳和恒星都是不动的,而行星则以太阳为中心沿圆周运转。这是古代最早的朴素日心说思想。

  哈雷

  开普勒

  皮埃尔-西蒙·拉普拉斯侯爵(Pierre-Simon marquis de Laplace,1749年3月23日-1827年3月5日),法国著名的天文学家和数学家,天体力学的集大成者。1749年生于西北部卡尔瓦多斯的博蒙昂诺日,1816年被选为法兰西学院院士,1817年任该院院长。1812年发表了重要的《概率分析理论》一书,在该书中总结了当时整个概率论的研究,论述了概率在选举审判调查、气象等方面的应用,导入”拉普拉斯变换“等。在拿破仑皇帝时期和路易十八时期两度获颁爵位。拉普拉斯曾任拿破仑的老师,所以和拿破仑结下不解之缘。1827年3月5日卒于巴黎。

  霍金

  拉普拉斯

  尼古拉·哥白尼(波兰文:Nikolaj Kopernik,1473年2月19日-1543年5月24日,享年70岁),是文艺复兴时期的波兰天文学家、数学家、教会法博士、神父。在哥白尼40岁时,他提出了日心说,否定了教会的权威,改变了人类对自然对自身的看法。当时罗马天主教廷认为他的日心说违反《圣经》,哥白尼仍坚信日心说,并认为日心说与其并无矛盾,并经过长年的观察和计算完成他的伟大著作《天体运行论》。1533年,60岁的哥白尼在罗马做了一系列的讲演,可直到他临近古稀之年才终于决定将它出版。1543年5月24日哥白尼去世的那一天才收到出版商寄来的一部他写的书。哥白尼的"日心说"更正了人们的宇宙观。哥白尼是欧洲文艺复兴时期的一位巨人。他用毕生的精力去研究天文学,为后世留下了宝贵的遗产。

  哈勃

  斯蒂芬·威廉·霍金(Stephen William Hawking,1942年1月8日-2018年3月14日),ALS患者,当代最重要的广义相对论和宇宙论家。荣获英国剑桥大学卢卡斯数学教席,这是自然科学史上继牛顿和狄拉克之后荣誉最高的教席。70年代他与彭罗斯一道证明了著名的奇性定理,为此他们共同获得了1988年的沃尔夫物理奖。他因此被誉为继爱因斯坦之后世界上最著名的科学思想家和最杰出的理论物理学家。。霍金的主要研究领域是宇宙论和黑洞,证明了广义相对论的奇性定理和黑洞面积定理,提出了黑洞蒸发现象和无边界的霍金宇宙模型,在统一20世纪物理学的两大基础理论——爱因斯坦创立的相对论和普朗克创立的量子力学方面走出了重要一步。

  哥白尼

  埃德蒙·哈雷 (Edmond Halley,1656年11月8日-1742年1月14日),出生于英国伦敦,英国天文学家、地理学家、数学家、气象学家和物理学家,曾任牛津大学几何学教授,第二任格林尼治天文台台长。他把牛顿定律应用到彗星运动上,并正确预言了那颗现被称为哈雷的彗星作回归运动的事实,他还发现了天狼星、南河三和大角这三颗星的自行,以及月球长期加速现象。