《恒星中的元素合成》作者、天体物理学家玛格丽特·伯比奇辞世

作者:不二北斗来源:原理发布时间:2020-04-15

如果在努力的过程中被石墙或任何形式的阻碍挫败,那么就必须找到一个变通的方法——找到另一条能通向目标的道路。

《恒星中的元素合成》作者、天体物理学家玛格丽特·伯比奇辞世

玛格丽特·伯比奇(Margaret Burbidge,1919 - 2020) 

她是一位极具天赋的科学家,同大多数优秀的女性科学家一样,她也没有逃过时代背景给她带来的残酷挑战。在她的科学生涯中,曾多次遭遇因性别歧视带来的不公,但她仍然成为了天文学界最有影响力的天体物理学家之一,留下了不朽的科学瑰宝,她就是玛格丽特·伯比奇(Margaret Burbidge)。

1957年,玛格丽特·伯比奇作为主要作者发表了一篇长100多页的长论文,论文详细地探讨了比锂更重的元素是如何在恒星生命周期的不同阶段形成的。它告诉我们,构成我们周围一切的大多数元素,包括驱动着地球上的与生命有关的一切,是如何产生于恒星内部的。而在此之前,没有人真正了解这些元素的起源。

与她一同完成这一伟大成就的科学家还有她的先生杰弗里·伯比奇(Geoffrey Burbidge)、威廉·福勒(William Fowler)和弗雷德·霍伊尔(Fred Hoyle)。这篇奠基性的论文的标题为《恒星中的元素合成》,人们常以这四位作者的姓氏开头字母将其简称为B²FH。这篇论文是目前天文学家理解恒星核合成(恒星将氢和氦等元素锻造成宇宙中更重的元素)的基础,为化学元素的宇宙起源奠定了基础。

《恒星中的元素合成》作者、天体物理学家玛格丽特·伯比奇辞世1

这篇开创性的论文经常被称为“B²FH”,图中显示了在恒星中的元素合成的核过程。| 图片来源:E. M. Burbidge et al. / Reviews of Modern Physics Vol. 29, No. 4, P. 547 (1957) / American Physical Society

1919年8月12日,埃莉诺·玛格丽特·皮奇(Eleanor Margaret Peachey)出生在英国。四岁那年,她与母亲一同乘船去法国度假,夜里,她第一次清晰地看到了满天繁星,从此便被彻底迷住。

她的家庭环境科学氛围浓厚,除了父母都是化学家之外,还有一位未曾谋面的远亲也从事科学研究,那就是英国著名天文学家詹姆斯·琼斯(James Jeans)。她的外公知晓她对星空的热爱,便在她十二三岁时将詹姆斯·琼斯的书送给她当生日礼物。

对物理、天文学的热爱,加上良好的数学天赋,她在19岁时便以优异的成绩从伦敦大学学院(UCL)毕业。1943年,她取得了UCL的博士学位。在博士论文中,她分析了变星伽马仙后座的光谱。

在动荡的二战期间获得博士学位后,她继续留在UCL天文台。可以说,那时她是在最恶劣的条件下进行观测的,寒冷的露天穹顶下,她常常独自一人待在狭小的空间里,有时耳边还伴随着炮弹袭伦敦时发出的恐怖爆炸声。

《恒星中的元素合成》作者、天体物理学家玛格丽特·伯比奇辞世2

在二战期间,玛格丽特使用UCL天文台的望远镜观测到了伽马仙后座。1944年8月3日晚,她的观测两次被炸弹爆炸打断,但从笔记来看,两次爆炸都没能让她慌乱。

对这位年轻的天文学家从未抱怨过周围糟糕的环境,因为她有着钢铁般的决心和对知识的渴求。为了能使用更好的设备和在更晴朗的天空下观测星空,1945年,她申请在洛杉矶郊外的威尔逊山天文台的一个卡内基研究员职位,然而回复她的却是一封信简略的拒绝信:这一职位仅限于男性。

二战结束后,她开始在UCL天文台教授本科课程。在往后的这几年里,或许特别值得一提的是,当她参与物理学研究生课程的过程中,遇到了一个“有趣的人”,这个人就是杰弗里·伯比奇。他们一见如故,1948年4月,仅在相识六个月后,他们二人便喜结连理,开启了一段为时一生的科学探险。

《恒星中的元素合成》作者、天体物理学家玛格丽特·伯比奇辞世4

玛格丽特·伯比奇与杰弗里·伯比奇。

到了上世纪50年代,杰弗里·伯比奇也申请了曾经拒绝过玛格丽特的卡内基研究员职位,并且他的申请被接收了。与此同时,玛格丽特·伯比奇也在帕萨迪纳的加州理工学院找到了一个职位。

当需要使用威尔逊山天文台的望远镜进行观测时,玛格丽特就会假扮成杰弗里的助手进入天文台。而事实却是,杰弗里会在一旁的小屋里边工作边抽着雪茄,而玛格丽特则是那个真正通过威尔逊山天文台的望远镜望向天空的人。在怀孕期间,为了隐瞒怀孕的事实而能继续以助手身份进入天文台,她即使在又热又闷的日子里也会裹着大衣爬上山。

在玛格丽特1994年的回忆录中,她曾写道她在生活中秉承着这样一条原则:“如果在努力的过程中被石墙或任何形式的阻碍挫败,那么就必须找到一个变通的方法——找到另一条能通向目标的道路。这是我给许多面临类似情况的女性的建议。”

在一项研究中,伯比奇夫妇首次对具有强磁场的猎犬座α²型变星进行了详细的光谱分析,并发现这颗恒星的稀土金属平均过剩量约为太阳的800倍。这一发现引起了美国实验核物理学家威廉·福勒的兴趣。

当时,福勒正在与剑桥大学的英国天文学家弗雷德·霍伊尔合作,而霍伊尔就曾发表过一系列论文,最早地提出了恒星核合成这个想法。这个想法与当时普遍以为的所有元素都源自于大爆炸的想法相悖。这让福勒意识到,伯比奇夫妇的研究或许就能帮助证明霍伊尔的想法。

福勒邀请伯比奇夫妇加入他们。于是在1957年,四人一同发表了B²FH这篇对后世研究产生了巨大影响的论文,福勒也因其对核反应的理论和试验研究以及对宇宙化学元素分布的解释获得了1983年的诺贝尔物理学奖。

《恒星中的元素合成》作者、天体物理学家玛格丽特·伯比奇辞世5

从左到右:玛格丽特·伯比奇、杰弗里·伯比奇、威廉·福勒、弗雷德·霍伊尔。照片为1971年7月四人一同庆祝福勒的60岁生日,欣赏他的火车引擎模型。

玛格丽特·伯比奇的研究并没有止步于对元素起源的探索。在此成就之后,她与杰弗里还一同测量了圆盘星系中的恒星和气体的旋转,研究了奇特的星系和星系团。她尤为感兴趣的,是那些遥远而明亮的类星体。她发现了许多类星体,包括在1973年发现的红移为3.53的OQ 172,这是当时已知最遥远的类星体。后来,她一直在探索星系的光谱,确定星系的旋转、质量和化学成分,也继续在研究类星体。

让人百感交集的是,在她的职业生涯后期,她开始被任命担任许多从前只能由男性才能担任的领导职位。20世纪60年代初,她加入加州大学圣地亚哥分校,并最终成为了该校天体物理学和空间科学中心的首任主任;1972年,她成为英国皇家天文台从1675年建立以来的第一位女主管;在1976年到1978年期间,她任职美国天文学会会长,她也是第一位担任这一职位的女性;1983年,她担任美国科学促进会主席;1985年,她获得了由里根总统颁发的美国国家科学奖章。

《恒星中的元素合成》作者、天体物理学家玛格丽特·伯比奇辞世7

1967年,玛格丽特在加州大学圣地亚哥分校授课。

上世纪80、90年代,她帮助NASA成功研制了安装在哈勃太空望远镜上的暗天体摄谱仪(FOS),这是用于探测微弱天体的物理状态和化学成分的仪器。后来,她领导的FOS数据分析团队,也成为了第一个提供强有力的观测证据证明在另一个星系的核心存在着一个超大质量黑洞的团队。

2010年,杰弗里去世。留下了她和他们的女儿莎拉·伯比奇(Sarah Burbidge)。就在2019年,为了庆祝玛格丽特100周岁生日,莎拉曾接受《天空与望远镜》的采访。在采访中莎拉说:“她只是想成为一名出色的观测天文学家,我想说她可能是那一代人中最优秀的一个。”

的确,对天文学的热爱让玛格丽特·伯比奇找到了直面挑战的力量,让她即使在困难时期也能取得突破。她曾回忆过当她第一次在底片上看到一个螺旋星系时有多么欣喜:“天文学既是我的工作,也是我的生计来源,而如此享受天文学的乐趣几乎是有罪的。”

2020年4月5日,玛格丽特·伯比奇在旧金山的家中去世,享年100岁。想必现在,她已与杰弗里重聚,和他们最爱的繁星同在。

——《原标题:天体物理学家玛格丽特·伯比奇辞世:她用这篇跨时代的论文,揭开宇宙元素起源的关键一环》


扫码加蝌蚪五线谱微信