揭開(kāi)太陽(yáng)之謎的塞莉西亞·佩恩·加波施金

冉浩

到哈佛去

塞莉西亞·佩恩1900年出生于英國(guó)白金漢郡文多爾，是艾瑪·艾倫那和愛(ài)德華·佩恩3個(gè)孩子中的一個(gè)。愛(ài)德華是一位律師和歷史學(xué)者，1904年莫名溺死于一條溝渠中，那年塞莉西亞只有4歲。母親艾瑪來(lái)自一個(gè)普魯士家族，家族有兩個(gè)非常著名的長(zhǎng)輩，史學(xué)家格奧爾·海因里希·佩爾茨和作家詹姆斯·威爾金森。在愛(ài)德華去世后，艾瑪一個(gè)人將孩子們拉扯大。

塞莉西亞起初就讀于圣保羅女子學(xué)校。她的姑母在劍橋大學(xué)紐納姆學(xué)院從事植物學(xué)研究。受到姑母的鼓勵(lì)，在1919年，她獲得獎(jiǎng)學(xué)金，進(jìn)入這個(gè)學(xué)院，學(xué)習(xí)植物學(xué)、物理學(xué)和化學(xué)。在這里，她聽(tīng)到亞瑟·愛(ài)丁頓講述他到非洲普林西比島拍攝日全食的事情，照片中太陽(yáng)旁兩顆星的位置可以驗(yàn)證愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論。這激起了她對(duì)天文學(xué)的興趣。

接下來(lái)，她除了完成應(yīng)有的課程外，開(kāi)始盡可能多地去聽(tīng)天文學(xué)的課程，甚至自制了一臺(tái)望遠(yuǎn)鏡。塞莉西亞完成學(xué)業(yè)后被選為皇家天文學(xué)會(huì)的會(huì)員，但是因?yàn)樗桥?，劍橋大學(xué)不能授予她學(xué)位，這一規(guī)定直到1948年才打破。而且，當(dāng)時(shí)在英國(guó)，并沒(méi)有可以提供給女性的天文學(xué)職位。塞莉西亞意識(shí)到，留在英國(guó)，她唯一的選擇只有教書(shū)，所以，她決定去外面闖一闖。

她被介紹給了哈佛大學(xué)天文臺(tái)的臺(tái)長(zhǎng)哈羅·沙普利，后者剛好啟動(dòng)了一個(gè)可以接納畢業(yè)生的項(xiàng)目。而當(dāng)時(shí)，女性天文學(xué)家安妮·珍普·坎農(nóng)已經(jīng)因?yàn)樽吭降墓ぷ髟谀抢镪J出了偌大的名聲，雖然女性天文學(xué)家依然受到歧視，但狀況遠(yuǎn)比英國(guó)好得多。1923年，塞莉西亞決定前往美國(guó)。

不一樣的光譜分析

在一年之內(nèi)，塞莉西亞就完成了4篇不錯(cuò)的論文。作為塞莉西亞的導(dǎo)師，沙普利鼓勵(lì)她著手準(zhǔn)備自己的博士論文，爭(zhēng)取獲得博士學(xué)位。塞莉西亞的研究是以坎農(nóng)對(duì)恒星的分類為基礎(chǔ)的，坎農(nóng)以恒星的顏色為依據(jù)，根據(jù)恒星的表面溫度從高到低的順序，將愛(ài)德華·皮克林等人建立的光譜分類法修訂為劃分O、B、A、F、G、K、M、R、N、S等類型的分類法。這種分類法被稱為“哈佛分類法”，后來(lái)在天文學(xué)上被廣泛使用。塞莉西亞計(jì)劃全面探討恒星的溫度問(wèn)題，并且進(jìn)一步探討如何用離子理論來(lái)測(cè)定恒星大氣中的元素含量。

之前，亨利·諾里斯·拉塞爾從太陽(yáng)的光譜數(shù)據(jù)和地球地殼的化學(xué)構(gòu)成上推斷，太陽(yáng)表面的構(gòu)成成分和地球表面的構(gòu)成成分是大致相同的，只是太陽(yáng)表面的大氣溫度更高，所以才產(chǎn)生了不同的吸收光譜。

而與拉塞爾做法不同的是，塞莉西亞首次對(duì)玻爾在量子方面的理論進(jìn)行了概括和整理，并將它應(yīng)用于天文學(xué)的觀測(cè)。

塞莉西亞最后的分析結(jié)果與拉塞爾的推測(cè)大不相同。塞莉西亞認(rèn)為太陽(yáng)的表面成分和地球表層大不相同，她的分析顯示，恒星的大氣成分主要是氫和氦，其他元素只占少數(shù)。塞莉西亞同時(shí)認(rèn)為， 恒星顏色和光譜的不同，只是因?yàn)楸砻鏈囟炔煌⒎浅煞值膮^(qū)別。

塞莉西亞把自己的研究結(jié)果告訴了拉塞爾，但拉塞爾不能接受這樣的結(jié)論，他回信說(shuō)：“這顯然是不可能的?！崩麪柺巧称绽睦蠋?，同時(shí)也是一流的天體物理學(xué)家。這兩個(gè)身份使塞莉西亞產(chǎn)生了動(dòng)搖，在最后歸納結(jié)論的時(shí)候她又分析說(shuō)氫和氦的含量應(yīng)該沒(méi)有那么高。

史上最卓越的天文博士論文

1925年，塞莉西亞將自己在星體溫度、光譜分類、元素分析等方面的研究成果整理成論文《恒星大氣，對(duì)星體反轉(zhuǎn)層高溫的觀察研究》發(fā)表。這一論文幫她獲得了博士學(xué)位，同時(shí)也奠定了她在天文學(xué)中的地位。后人曾評(píng)價(jià)這篇論文是史上最卓越的天文博士論文。

接下來(lái)的幾年里，越來(lái)越多的天文學(xué)家開(kāi)始認(rèn)可塞莉西亞的觀點(diǎn)，承認(rèn)恒星上的氫遠(yuǎn)比地球豐富。曾經(jīng)在論文審查時(shí)建議塞莉西亞修改結(jié)論的亨利·諾利斯·羅素也轉(zhuǎn)而支持塞莉西亞，并對(duì)她的工作贊不絕口。1929年，基于大量對(duì)太陽(yáng)的新觀測(cè)，拉塞爾也終于相信了這一結(jié)論。

作為一個(gè)女性，塞莉西亞深感在工作中的不受重視。同樣的工作，女性得到的報(bào)酬要少得多。她甚至在某些時(shí)候警告那些希望從事天文工作的婦女：除非你找不到更好的工作。事實(shí)上，她也一度因?yàn)閳?bào)酬太低而打算另謀出路，但沙普利確實(shí)是一位有擔(dān)當(dāng)?shù)睦蠋煟皶r(shí)為她爭(zhēng)取到了高一些的薪水，并在之后為她爭(zhēng)取到了正式的“天文學(xué)家”頭銜。其結(jié)果就是，這位偉大的科學(xué)家后來(lái)一直留在了哈佛大學(xué)天文臺(tái)。

1931年，塞莉西亞獲得美國(guó)國(guó)籍。

兩個(gè)天文學(xué)家

1933年，塞莉西亞去歐洲旅行了。在德國(guó)，她遇到了出生在俄國(guó)的天文學(xué)家謝爾蓋·伊拉里奧諾維奇·加波施金。兩人互生好感，塞莉西亞幫助謝爾蓋得到了去美國(guó)的簽證，然后，到了1934年，兩位天文學(xué)家在美國(guó)組成了家庭。他們把家安在了哈佛旁邊的歷史小鎮(zhèn)馬薩諸塞州的萊克星頓，美國(guó)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)就從這里打響了第一槍。

隨著時(shí)間的推移，人們對(duì)女性的觀念逐漸轉(zhuǎn)變。1956年，婦女終于可以成為哈佛的全薪職員。時(shí)年56歲的塞莉西亞·佩恩被聘為天文學(xué)教授和天文系系主任，也是哈佛歷史上首位女系主任。在慶祝茶會(huì)上，這位新晉教授及系主任邀請(qǐng)了全系的女學(xué)生參加，她發(fā)表了簡(jiǎn)短的演說(shuō)，并再次提到了女性在科學(xué)研究中的地位問(wèn)題。

在職業(yè)生涯的晚期，塞莉西亞致力研究高光度恒星，以了解銀河系的結(jié)構(gòu)。她和丈夫一起對(duì)亮度高于視星等10等的恒星進(jìn)行巡天，觀測(cè)了數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的恒星。這些資料都用于了解恒星演化。

1979年12月7日，這位偉大的女性離開(kāi)了這個(gè)世界。雖然塞莉西亞曾對(duì)女性的地位低下有過(guò)怨言，但是她顯然也為那些立志有所突破的女性樹(shù)立了榜樣，鼓舞著追求科學(xué)的人。后來(lái)的著名天文學(xué)家瓊·費(fèi)曼就視之為偶像，當(dāng)然，也包括她的丈夫和3個(gè)孩子，后者是愛(ài)德華、凱瑟琳和彼得，母親是他們前進(jìn)的目標(biāo)。