宇宙奥德赛:穿越银河系
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1.2 一群由于低薪才找到工作的女士如何推开恒星世界的大门?

接下来,让我们看看半人马座α的这3颗恒星,即A星、B星和比邻星。

图1.9就展示了这3颗恒星的相对大小。作为对比,这张图也把太阳包含在内。你可以看到,半人马座αA星、B星和太阳的体积相差无几,而比邻星的体积却远远小于这3颗恒星。这是因为,半人马座αA星、B星和太阳是同一个类型的恒星,称为黄矮星,而比邻星则是另一个类型的恒星,称为红矮星。

图1.9 半人马座α三合星的相对大小

人类是怎么给恒星分类的呢?这要从一个100多年前的传奇故事讲起。

让我们坐上时间机器,回到19世纪80年代初期。在那个年代,人类对天上的事还知之甚少。举两个例子。当时人们普遍认为,银河系就是宇宙的全部,而太阳正处于银河系的中心。而对于恒星,人们普遍认为它们是只能燃烧几千万年的大煤球,并且完全不清楚它们到底有哪些种类。

换句话说,那个年代还是一片天文学的荒原。但就在这一片蛮荒中,正孕育着一场惊天巨变。

1882年,导致惊天巨变的第一张多米诺骨牌终于倒下了。那年冬天,一个叫亨利·德雷珀(图1.10)的美国富豪因病去世了。

德雷珀是一位名医,同时也是一位业余天文爱好者。他生前一直有一个心愿,那就是搞清楚天上的恒星到底有哪些种类。因此,他的遗孀就捐出了一大笔钱,用来资助一位天文学家进行这方面的研究。最后得到这笔捐款的人,就是时任哈佛大学天文台台长的爱德华·皮克林(图1.11)。

图1.10 亨利·德雷珀

图1.11 爱德华·皮克林

皮克林用这笔钱雇了一些员工,用哈佛大学天文台的一个小望远镜来拍摄天上恒星的光谱(1)。他希望通过分析这些恒星的光谱,来找到一个划分恒星种类的办法。

需要强调的是,在那个年代,美国的性别歧视非常严重,一般的学术机构根本就不会雇用女性。因此,皮克林的研究团队,一开始也没有任何女性雇员。

有一次,皮克林被一个笨头笨脑的男员工气得火冒三丈,大骂他做事还不如自己家的女佣。不久后,皮克林干脆炒了这个人的鱿鱼,并真的让自己家的女佣来哈佛大学天文台工作。这个女佣叫威廉敏娜·弗莱明(图1.12)。第二张多米诺骨牌就这么倒下了。

弗莱明原本是苏格兰的一名女教师。21岁那年,身怀六甲的她与丈夫一起移民美国;但到美国后没多久,她和孩子就被这个负心汉抛弃了。为了维持生计,弗莱明打过不少零工,最后跑到皮克林家里当女佣。24岁那年,弗莱明加入了哈佛大学天文台。在那里,这个命运多舛的女性终于开始绽放光芒。终其一生,她总共对10 000多颗恒星进行了分类,并且发现了300多颗变星、10颗新星和59个星云。

言归正传。对弗莱明大为满意的皮克林,开始大量地招聘女员工。他这么做最大的理由是,当时女性的工资很低,还不到男性的一半。换句话说,正是因为低薪,这些女性才得到哈佛大学天文台的工作。不久后,皮克林就建立了一支完全由女性构成的研究团队(曾经有80多位女性加入过这个团队)。她们被后人称为哈佛计算员。

图1.13就是皮克林与部分哈佛计算员在1913年的一张合影。哈佛计算员的出现,推倒了第三张多米诺骨牌。正是这群由于低薪才找到工作的女士,最终完成了两个开天辟地式的伟大工作,从而为人类推开了通往恒星世界和浩瀚宇宙的两扇大门。

图1.12 威廉敏娜·弗莱明

图1.13 皮克林与部分哈佛计算员

在本节中,我们只介绍她们如何推开通往恒星世界的大门。至于她们如何推开通往浩瀚宇宙的大门,会放在4.3节中介绍。

在哈佛计算员团队刚建立的最初的十多年间,她们的研究进展其实很不顺利。这是因为,她们一直没能解决一个最核心的问题:到底应该用什么标准来对恒星光谱进行分类?

当时,哈佛计算员内部总共有两派观点。弗莱明提出了一个分类标准,而一个叫安东尼娅·莫里的计算员(此人是富豪德雷珀的侄女)则提出了另一个分类标准。以今天的眼光来看,这两个分类标准都有问题,所以这里就不具体介绍了。

这两派人争执了很久,但是谁也无法说服对方。

图1.14 安妮·坎农

就在混乱中,一位名不见经传的女士悄悄地登上了历史的舞台。她就是美国天文学家安妮·坎农(图1.14)。

坎农出生在一个很富裕的家庭,她爸爸是美国特拉华州的一个州议员。她的早年生活一直很顺利,于1880年考上了卫斯理女子学院,并因为成绩优异而被选为了全校毕业典礼的演讲者。

但大学毕业后,坎农的生活就开始走下坡路了。由于严重的性别歧视,坎农毕业后没能找到合适的工作,而不得不搬回家与母亲同住。到了1892年,灾难降临。在欧洲旅行期间,坎农不幸染上了猩红热,从而导致她双耳失聪。祸不单行,1894年,她妈妈又因病去世,这让坎农一下就成了漂泊人世间的浮萍。

备受打击的坎农决定重新上学。通过卫斯理女子学院的一个老师的推荐,她成为哈佛大学天文系的一名旁听生。在那里,她认识了皮克林。靠着这层关系,坎农于1896年加入了哈佛大学天文台,成为一名哈佛计算员。

加入了天文台后不久,坎农就开始关注弗莱明和莫里之间的分类标准之争。经过几年的深思熟虑后,坎农于1901年提出了一种全新的分类标准:可以用恒星的表面温度来对恒星进行分类。(2)

坎农提出的这个分类标准听起来似乎很简单,没什么大不了的。但它的重要意义在于,这就是世界上第一个被立起来的鸡蛋。

这个发现平息了哈佛计算员内部的争论。正是基于这个用恒星表面温度进行分类的标准,哈佛计算员们最终于1924年完成了20多万颗恒星的光谱分析,并把它们分成了以下7类(图1.15):

(1)O 型,即表面温度超过30 000开尔文、主要发蓝光的恒星。

(2)B型,即表面温度介于10 000~30 000开尔文,主要发蓝白光的恒星。

(3)A型,即表面温度介于7500~10 000开尔文,主要发白光的恒星。

(4)F型,即表面温度介于6000~7500开尔文,主要发出黄白光的恒星。

(5)G型,即表面温度介于5200~6000开尔文,主要发出黄光的恒星。

(6)K型,即表面温度介于3700~5200开尔文,主要发出橙光的恒星。

(7)M型,即表面温度介于2400~3700开尔文,主要发出橙红光的恒星。

这就是OBAFGKM恒星分类系统。

图1.15 哈佛恒星分类

这个花了整整40年漫长岁月才完成的工作,就是著名的哈佛恒星分类。它是人类历史上完成的第一个恒星分类。我们会在2.1节中讲到,正是基于这个哈佛恒星分类,有两个天文学家提出了能对恒星类型进一步细分的赫罗图,从而为后人研究 恒星的诞生、演化和死亡奠定了坚实的基础。

最后再多说几句。尽管为人类推开了通往恒星世界的大门,绝大多数的哈佛计算员却并没有获得她们应得的尊重和认可。在她们之中,极少有人能拿到博士学位,更别提能评上教授了。在20世纪初,她们经常被人称为“皮克林的后宫”。而在100多年后的今天,她们在公众间依然几乎无人知晓。就连她们发明的OBAFGKM恒星分类系统,后来也被人编成了“Oh, Be A Fine Girl, Kiss Me!”(噢,做个好女孩,吻我!)这句对女性相当戏谑而轻薄的口诀。

我们已经介绍了哈佛计算员们的传奇故事。1.3节中,让我们来探究一下真实的三体世界可不可能存在生命。