亨利埃塔·斯旺·利維特，20世紀(jì)宇宙革命的先驅(qū)

在19世紀(jì)的世界，女性接受教育并不是一件普遍的事。不過(guò)出生于1868年7月4日的亨利埃塔·斯旺·利維特比較幸運(yùn)，她做牧師的父親讓她接受了良好的教育。1892年，亨利埃塔·斯旺·利維特從拉德克利夫?qū)W院（現(xiàn)已并入哈佛大學(xué)）畢業(yè)，獲得文學(xué)學(xué)士學(xué)位。大學(xué)期間，她還在哈佛大學(xué)天文臺(tái)學(xué)習(xí)了天文學(xué)課程，并在第二年參加了天文學(xué)研究生課程。然而，在上大學(xué)后不久就開(kāi)始的疾病使她幾乎完全失聰。

19世紀(jì)80年代后期，哈佛大學(xué)天文臺(tái)開(kāi)啟了一項(xiàng)記錄天空中每個(gè)星星的位置、亮度和顏色的巨大項(xiàng)目。當(dāng)時(shí)，天文臺(tái)主任愛(ài)德華·查爾斯·皮克林的助手辭職，畢業(yè)后就失業(yè)的亨利埃塔·斯旺·利維特于1893年得到了這個(gè)職位，負(fù)責(zé)給世界各地的天文望遠(yuǎn)鏡拍攝的星空照片中的恒星計(jì)數(shù)并編目，但是沒(méi)有薪水。

亨利埃塔·斯旺·利維特每天都重復(fù)著檢查照相玻璃板，然后計(jì)算、測(cè)量、在登記簿中記錄觀察結(jié)果的工作。這項(xiàng)工作非常乏味，需要異乎尋常的耐心和細(xì)心。這些玻璃板非常易損，目前只有約50萬(wàn)張保存了下來(lái)。

大約7年后，她的工作終于得到了認(rèn)可，成為一名正式的工作人員，每小時(shí)的薪水是30美分。然而，與其他女性一樣，她被禁止使用望遠(yuǎn)鏡。愛(ài)德華·皮克林安排她專(zhuān)門(mén)負(fù)責(zé)在麥哲倫云中尋找變星。這項(xiàng)工作的主要內(nèi)容是對(duì)比同一片天空的兩張玻璃底片，一張是記錄恒星亮度較暗時(shí)的負(fù)片，一張是記錄恒星較亮?xí)r的正片。亨利埃塔·斯旺·利維特要將兩張底片上的恒星仔細(xì)排列，并用放大鏡依次檢查每顆恒星。這些恒星亮度的任何變化都會(huì)表現(xiàn)為較暗恒星周?chē)陌咨?/p>

光暈。如果她發(fā)現(xiàn)這類(lèi)光環(huán)，就記錄相應(yīng)的恒星的位置，并調(diào)取同一天區(qū)數(shù)周或數(shù)月以來(lái)的玻璃底片，尋找其變化規(guī)律。

亨利埃塔·斯旺·利維特非常擅長(zhǎng)這項(xiàng)工作。她可以用自己獨(dú)特的方法系統(tǒng)地在成千上萬(wàn)的玻璃底片中連續(xù)工作幾個(gè)小時(shí)。此時(shí)，她已經(jīng)完全失聰。據(jù)說(shuō)，皮克林會(huì)帶領(lǐng)參觀者到她工作的地方看她工作，但她因?yàn)槭敹鴮?duì)此一無(wú)所知。這也正好讓她可以更加集中精神工作。普林斯頓大學(xué)的一位天文學(xué)家在給愛(ài)德華·皮克林的一封信中說(shuō)：“利維特小姐在尋找變星這項(xiàng)工作中的角色無(wú)人能及。”

她做這項(xiàng)工作大約有10年，在麥哲倫云中發(fā)現(xiàn)了1777顆變星。更天才的是，她發(fā)現(xiàn)，恒星較亮?xí)r脈沖緩慢，較暗時(shí)脈沖迅速。她認(rèn)為麥哲倫云中的所有恒星與地球的距離應(yīng)該大致相同，所以如果她知道脈沖率，就可以計(jì)算恒星的亮度。她在工作中注意到，小麥哲倫云中的一些變星光變周期越長(zhǎng)，絕對(duì)星等也越高。如果她能準(zhǔn)確地測(cè)量這種變星的亮度，就可以計(jì)算出那顆恒星或包含這些恒星的星座與我們的距離。所以，只要找到一個(gè)準(zhǔn)確的光度，這些變星就可以作為標(biāo)準(zhǔn)燭光，測(cè)量整個(gè)星座的位置。1908年，她在哈佛大學(xué)天文觀測(cè)臺(tái)發(fā)表了初步研究結(jié)果。4年后，她寫(xiě)了一份后續(xù)文件，證實(shí)了她的發(fā)現(xiàn)：造父變星從明亮到暗淡的變化呈明顯的周期性。

在利維特之前，天文學(xué)家主要用視差來(lái)確定恒星之間的距離。使用這個(gè)方法，他們要在不同的時(shí)間，例如相隔6個(gè)月，拍攝同一恒星的圖像，然后根據(jù)兩次拍攝時(shí)地球所處的位置之間的距離和地球的兩個(gè)位置與恒星構(gòu)成的角度來(lái)計(jì)算地球與恒星的距離。這種方法在計(jì)算距地球10萬(wàn)光年以?xún)?nèi)的恒星的距離時(shí)是準(zhǔn)確的。

亨利埃塔·斯旺·利維特（右）與另一位女天文學(xué)家安妮·坎農(nóng)（左），1913年。

丹麥天文學(xué)家赫茨普龍使用視差法在1913年確定了幾個(gè)造父變星的距離，并校準(zhǔn)了利維特定律。現(xiàn)在，天文學(xué)家通過(guò)測(cè)量造父變星的周期和表觀亮度，就可以確定其真實(shí)亮度，并計(jì)算出其

距離。利用校準(zhǔn)后的利維特定律，天文學(xué)家可以確定1000萬(wàn)光年之內(nèi)的天體與地球之間的距離。

在利維特所處的時(shí)代，大多數(shù)天文學(xué)家認(rèn)為銀河系就是整個(gè)宇宙。在1923年至1924年，埃德溫·哈勃和米爾頓·赫馬森通過(guò)設(shè)置在威爾遜山上的新的100英寸（254厘米）胡克望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了一個(gè)暗弱的螺旋形星云仙女座（M31）的造父變星。他們使用利維特的方法確定了仙女座星云的距離，令人驚訝的是，仙女座與我們的距離遠(yuǎn)達(dá)250萬(wàn)光年！銀河系直徑只有大約10萬(wàn)光年，所以仙女座不可能位于銀河系內(nèi)，它很可能是一個(gè)單獨(dú)的星系。

哈勃和赫馬森又在其他幾個(gè)星云中發(fā)現(xiàn)了造父變星，通過(guò)計(jì)算，發(fā)現(xiàn)這些星云也是分離的星系。他們得出結(jié)論，銀河系只是宇宙中許多星系中的一個(gè)！現(xiàn)在，我們已經(jīng)知道，在我們可見(jiàn)的宇宙中有超過(guò)2000億個(gè)星系。

1927年，比利時(shí)天文學(xué)家喬治·亨利·約瑟夫·愛(ài)德華·勒梅特（他還是一名牧師）使用哈勃和赫馬森的數(shù)據(jù)和廣義相對(duì)論，做出了一個(gè)更奇怪的預(yù)測(cè)——我們的宇宙正在膨脹。兩年后，哈勃獨(dú)立發(fā)表了星系紅移與距離之間的線(xiàn)性關(guān)系。1931年，勒梅特提出，我們現(xiàn)在的宇宙始于大爆炸。也就是說(shuō)，亨利埃塔·斯旺·利維特的突破，開(kāi)啟了20世紀(jì)的宇宙革命。

利維特在哈佛大學(xué)天文臺(tái)發(fā)表了大約25篇論文。盡管這樣，她一直都只是皮克林的實(shí)驗(yàn)室助理， 直到1921年哈羅·沙普利擔(dān)任哈佛大學(xué)天文臺(tái)的主管，她才被任命為攝影測(cè)光部主管。不幸的是，不久之后利維特就死于癌癥。

1924年，瑞典皇家科學(xué)院寫(xiě)信給天文臺(tái)，提名利維特為當(dāng)年的諾貝爾獎(jiǎng)獲得者，但此時(shí)，她已經(jīng)去世3年了。