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变星怪物揭开了宇宙重要的秘密

Admin1002021-04-07

曾经有人以为银河系是宇宙中唯一的银河系,但是亨利埃塔·莱维特(Henrietta Leavitt)通过简单的定律改变了这种看法,在此过程中甚至没有使用望远镜。

一个世纪以前,宇宙似乎比今天要小得多。许多天文学家认为我们的银河系是整个宇宙。但是,这一信念在1923年被推翻,当时加利福尼亚州威尔逊山天文台的天文学家埃德温·哈勃(Edwin Hubble)将望远镜聚焦在太阳系上。仙女座星云,遥远的夜空中昏暗,明亮的螺旋物体。

Leavitt的这张照片摄于1910年左右

Leavitt在研究中没有使用望远镜,而是只使用了放大镜,并不是瞄准的天空,而是放在木框上的一块薄玻璃,玻璃的一面涂有涂层。光敏剂,白色的表面可以看到微弱的黑点,这是肉眼所见的夜空​​的反映,这就是莱维特如何看待宇宙的感觉。

利用这种关系,天文学家能够在星际尺度上测量距离,哈勃能够获得深入研究宇宙所需的公式。“她的发现彻底改变了我们对宇宙的理解。”芝加哥大学天文学家和天体物理学家温迪·弗里德曼(Wendy Friedman)。

高中毕业后,利维特对天文学产生了兴趣,1895年,她27岁时成为哈佛天文台的“学徒”。正如历史学家玛格丽特·罗西特(Margaret Rossiter)所指出的那样,越来越多的女性获得了像莱维特这样的更高学位。仍然被排除在大学的教学和领导职务之外。但是天文部门渴望吸引这些女性来支持其“重大科学项目”,这需要大量廉价的劳工。

天文学家爱德华·皮克林与哈佛天文台计算器

利维特(Leavitt)被哈佛天文台主任爱德华·皮克林(Edward Pickering)聘用,当时,皮克林领导着一项长达数十年的项目,拍摄夜空,然后对恒星光谱进行分类。

根据19世纪的性别角色理论,女性非常有耐心和专心,是这类分类的理想选择;另一方面,男性被认为更适合担任领导角色和对智力要求很高的任务,例如观察和理论分析。

这正是皮克林雇用女性的初衷。“为了最大限度地提高工作效率,”他在1898年《哈佛天文台年鉴》中写道,“优秀的观察员绝不应该将时间浪费在低级工作上,“他付给他们每小时25美分,或每年约1,500美元,而当时天文台男性雇员的最低工资为2500美元。

除了安妮·坎农(Anne Cannon)于次年加入哈佛天文台外,计算器不允许使用望远镜,只有人可以调整设备并为恒星拍照。发送到天文台东侧二楼的“计算室”进行进一步的分析和计算。

在这个房间里,女计算器日复一日地弯在玻璃板上,对恒星的光谱进行分类,测量恒星的亮度并总结计算结果,这项工作既繁琐又乏味。

通过比较恒星和恒星以及照相板和照相板,他将对恒星的亮度做出判断,将其与其他已知恒星的大小进行比较,记录结果,并一遍又一遍地重复该过程。这就是他在哈佛天文台度过的时光。

利维特(Leavitt)右,与安妮·坎农(Anne Cannon)合影,左是后者,这是哈佛天文台唯一允许使用望远镜的女性

一年后,莱维特(Levitt)离开哈佛天文台去欧洲旅行,回国后在家乡威斯康星州布罗伊特学院(Wisconsin-Boroit College)担任艺术助理教授,但最终被星空召回了天文学。。

莱维特(Levitt)没有留下日记,他的往来几乎都是公事公办,几乎没有透露个人细节。但是她显然在天文台的工作上花了很多力气。一位天文学家将她描述为对工作“极度着迷”她在1902年5月13日的一封信中写道:“离开天文台六年后,她告诉皮克林,她有多爱并怀念以前的工作。我不能告诉你有多遗憾。”我很高兴获得如此程度的这项工作不应该完成。”

她再次从事变星研究。皮克林对在星云区域寻找变星感兴趣,并于1903年从卡内基研究所获得了一笔赠款。但在1904年,卡内基研究所停止了对它的资助。哈佛天文台的高级计算器必须解雇除李维特之外的所有人。李维特独自接任任务,她的第一个任务是猎户座星座中的大星云。

她翻阅了猎户座星云过去十年的照片,发现了77个新的变星。然后,她将目光转向了射手座星云和小麦哲伦星云.1905年夏天,《科学美国人》在一份报告中报道说自从1904年2月开始她的独立星云研究以来,“莱维特小姐”已经发现了1300颗新的变星。

在整个1908年,莱维特一直在麦哲伦星云中寻找变星(当时天文学家还不知道它们都是围绕银河系运行的小矮星系),她总共发现了1,777颗新变星,并计算了它们的最小和最大亮度。

麦哲伦星云的光敏玻璃板上有莱维特的笔记

从那时起,她注意到了一个独特的模式:在对16个新的变星进行了分类之后,她注意到恒星越亮,完成一个亮度周期所花费的时间就越长。

恢复后,莱维特在天文台的职责也发生了变化,但与此同时,她仍然沉迷于麦哲伦星云中的变星。第一次报告三年后,她再次把目光投向了小麦哲伦星云。

尽管勒维特(Leavitt)不知道确切的照相板中的星星离地球有多远,但她确实知道它们都是麦哲伦小云的一部分,因此距离都差不多。由此得出一个重要结论:一颗恒星的视星等与距离无关,而且较亮的恒星并不会因为离地球更近而显得更亮,而是因为它们从一开始就很亮。为此,她绘制了另外八颗恒星的完整周期图,得出与三年前相同的结论:星星越亮,周期越长。

这次,她的报告引起了Pickering的注意。几个月后,即1912年3月3日,他发表了Leavitt关于亮度和周期之间“显着联系”的观察。这种联系成为“定律”,称为“周光关系”。。

扩展宇宙

从记录的剩余部分来看,莱维特(Leavitt)并未发表有关该定律的任何理论,但其他许多人为她做了这项工作。天文学家开始意识到,有了该定律,他们可以测量远距离恒星到地球的距离。

通过望远镜可以看到麦哲伦星云

Leavitt恒星的真正光度,即造父变星,可以根据它们的光周期来计算,与从地球观测到的亮度无关。因此,如果遥远的星系包含造父变星,则天文学家可以将其用作“标准蜡烛”(天文学中具有已知光度的物体)来计算银河系与地球的距离。

该计算过程称为“宇宙距离阶梯”,它分几步进行。首先,天文学家需要找到一个距离地球足够近的标准烛光物体,以使用恒星视差并计算其距离和亮度。天文学家将能够以相同的光度模式来计算其与地球的距离。

列维特发布法则十年后,哈勃将望远镜转向仙女座星系。透过朦胧的云层,他看到了“烛光”,闪闪发亮。发现造父变星后,他利用李维特定律成功计算了仙女座星系的距离这证明了仙女座星系位于银河系之外,并且距离银河系很远,不久之后,他使用相同的方法测量了23个星系的距离,其中一些星系的距离高达2000万光年。哈勃在利维特定律的基础上,于1929年发现宇宙正在膨胀。

弗里德曼在工作中也非常依赖莱维特的造父变星.1990年哈勃太空望远镜发射前,天文学家知道宇宙正在膨胀,但他们不知道宇宙的确切大小或年龄,莱维特的研究再次提供了解决方案。弗里德曼(Friedman)领导的先前项目使用哈勃太空望远镜和造父变星进行测量,从而大大提高了测量精度。

弗里德曼的团队能够精确测量变星之间的距离,从而结束了数十年来有关宇宙年龄的争论。“我们发现宇宙已有137亿年的历史了。”

莱维特(Levitt)去世很久之前就没有时间去意识到他的发现对天文学的重要性

列维特定律的美丽在于它的简单性-幅度越大,周期越长。该定律彻底改变了天文学家看待宇宙的方式。可悲的是,列维特死于胃癌,才意识到他的发现的意义。”她于1921年去世,哈勃(Hubble)于1923年在仙女座(Andromeda)发现了造父变星,并于1929年发现了宇宙的膨胀。这真是令人伤心。

尽管她没有活着看到天文学的变化,但她从未被遗忘。1923年,天文学家塞西莉亚·佩恩-加博斯金(Cecilia Payne-Gaboskin)使用利维特的书桌。她谈到从未见过的女人:“我认为她是最杰出的女人妇女(在哈佛)。”
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