Henrietta Swan Leavitt

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可以轻松地在两个系列的点之间(分别对应最大值和最小值)画一条直线,从而证明变星的亮度与其周期之间存在简单的关系。

Henrietta Swan Leavitt是一位美国天文学家。她是Radcliffe College的毕业生,在Harvard College Observatory担任"计算员",负责检查摄影底板以测量和编目恒星的亮度。这项工作使她发现了造父变星的亮度与周期之间的关系。Leavitt的发现为天文学家提供了第一个"标准烛光",用于测量远处星系的距离。她去世后,Edwin Hubble利用Leavitt的周期-亮度关系,结合Vesto Slipher在Lowell Observatory首次测得的星系光谱红移,证实了宇宙正在膨胀(见Hubble定律)。在Leavitt注意到可用于测量距离达2000万光年的亮度与周期之间的关系之前,天文学家依赖视差法和三角测量法。视差法和三角测量法可以有效范围达数百光年,但不能更远。我们的星系银河系已有10万光年大小。更远的距离可以通过使用Subrahmanyan Chandrasekhar计算的白矮星理论最大质量来测量。

生平

早年和教育

Henrietta Swan Leavitt出生于Massachusetts的Lancaster,是公理会牧师George Roswell Leavitt和其妻Henrietta Swan Kendrick的女儿。她是English清教徒裁缝Deacon John Leavitt的后代,他在十七世纪早期定居在Massachusetts Bay Colony。在早期Massachusetts记录中,姓氏拼写为"Levett"。Leavitt始终虔诚信教,忠于她的教会。

Leavitt先就读于Oberlin College,后转入Harvard University的女性大学教育协会(后来的Radcliffe College),于1892年获得学士学位。在Oberlin和Harvard期间,Leavitt学习了广泛的课程,包括古典希腊语、美术、哲学、解析几何和微积分。直到大学第四年,Leavitt才选修了天文学课程,并获得了A级成绩。:27 Leavitt还开始在Harvard College Observatory担任女性"计算员"之一,由其主任Edward Charles Pickering聘用,负责测量和编目天文台摄影底板库中恒星的亮度。在20世纪早期,女性不被允许操作望远镜。

1893年,Leavitt因在Harvard College Observatory的工作获得了天文学研究生学分,但她从未完成该学位。1898年,她成为Harvard员工的一员,担任其第一位"天文摄影馆长"。Leavitt离开天文台进行了两次欧洲旅行,并在Wisconsin的Beloit College担任艺术助理。在此期间,她患上了一种疾病,导致她的听力逐渐丧失。

天文学生涯

1903年,Leavitt从旅行中返回Harvard College Observatory。由于Leavitt有独立收入来源,Pickering最初不必支付她的工资。后来,她获得了每小时$0.30的工资,:32 每周仅赚$10.50。据报道,她"勤奋、认真……很少追求无关紧要的事物,无私地献身于家庭、教会和事业"。在Harvard Observatory与Leavitt一起工作的女性之一是Annie Jump Cannon,她也有失聪的经历。

Pickering分配Leavitt研究小麦哲伦星云和大麦哲伦星云的变星,这些变星被记录在用Harvard Observatory的Boyden Station的Bruce Astrograph在Peru的Arequipa拍摄的摄影底板上。她识别了1777颗变星。1908年,她在《Harvard College天文台年报》上发表了她的结果,指出亮度较高的变星周期较长。

Leavitt在Harvard College Observatory办公桌前工作

在1912年发表的另一篇论文中,Leavitt仔细研究了小麦哲伦星云中25颗造父变星的周期与亮度之间的关系。这篇论文由Edward Pickering沟通和签署,但第一句话表明它是"由Miss Leavitt准备的"。Leavitt绘制了星等对周期对数的图表,并确定用她自己的话说,

可以轻松地在两个系列的点之间(分别对应最大值和最小值)画一条直线,从而证明造父变星的亮度与其周期之间存在简单的关系。

然后,她采用了一个简化假设,即小麦哲伦星云内的所有造父变星距离大约相同,因此它们的固有亮度可以从摄影底板中记录的表观亮度推导出来,直到一个比例因子,因为麦哲伦星云的距离当时仍未知。她表达了对某些造父变星视差测量的希望,这很快就实现了,从而使她的周期-亮度标尺得以校准。这种推理使Leavitt能够确立周期的对数与恒星平均固有光学亮度的对数之间的线性关系,这是恒星在可见光谱中辐射的功率。

Leavitt还开发并不断改进了Harvard摄影测量标准,这是一个对数标度,按17个星等的亮度对恒星进行排序。她最初分析了来自13个望远镜的299个底板来构造她的标度,该标度在1913年被国际摄影星等委员会所接受。

Leavitt在1912年准备的论文中的图表。

1913年,Leavitt发现了T Pyxidis,这是Pyxis中的一颗递归新星,也是天空中最频繁的递归新星之一,爆发记录在1890、1902、1920、1944、1967和2011年。

Leavitt是Phi Beta Kappa、美国大学女性协会、美国天文和天体物理学会、美国科学促进协会的成员,以及美国变星观察者协会的名誉成员。1921年,当Harlow Shapley接任天文台主任时,Leavitt被任命为恒星光度测量部门主管。到那一年年底,她已被癌症夺走生命,被埋在Cambridge Cemetery位于Cambridge, Massachusetts的Leavitt家族墓地中。:89

科学影响

根据科学作家Jeremy Bernstein的说法,"变星多年来一直很有趣,但当她研究这些底板时,我怀疑Pickering会认为她会做出重大发现——一项最终会改变天文学的发现。"造父变星的周期-亮度关系,现在被称为"Leavitt定律",使这些恒星成为天文学中第一个"标准烛光",使科学家能够计算距离太远而无法进行恒星视差观测的星系的距离。Leavitt报告她的结果一年后,Ejnar Hertzsprung确定了银河系中几颗造父变星的距离,有了这个校准,任何造父变星的距离都可以准确确定。

1921年的Leavitt

造父变星很快在其他星系(如Andromeda,尤其是Edwin Hubble在1923年至24年发现的)中被检测到,它们成为了证明"旋涡星云"是位于我们自己银河系之外的独立星系的重要证据。因此,Leavitt的发现将永远改变我们对宇宙的认知,因为它促使Harlow Shapley在"大辩论"中将我们的太阳从星系的中心移开,Edwin Hubble将我们的星系从宇宙的中心移开。

Leavitt发现了一种在星系间尺度上准确测量距离的方法,为现代天文学理解宇宙的结构和规模铺平了道路。建立宇宙正在膨胀的美国天文学家Edwin Hubble的成就也是由Leavitt开创性研究使之可能。Hubble经常说Leavitt的工作应该获得诺贝尔奖。数学家Gösta Mittag-Leffler(瑞典科学院成员)试图在1925年为她提名该奖项,但后来得知她已在三年前因癌症去世。:118 诺贝尔奖不会追授。

疾病和去世

Leavitt在Harvard的科学工作经常因疾病和家庭责任而中断。她早逝(53岁时死于胃癌),被她的同事视为悲剧,原因不仅仅超越了她的科学成就。她的同事Solon I. Bailey在她的讣告中写道,"她拥有欣赏他人身上一切值得和可爱事物的快乐、愉快的才能,并拥有充满阳光的天性,使得对她来说,生活的一切都变得美好而充满意义。":28

"坐在温和的山顶上,"George Johnson在他关于Leavitt的传记中写道,"这个地点由一座高大的六边形纪念碑标记,在纪念碑顶部坐着一个由披着布料的大理石基座所支撑的地球仪。她的叔叔Erasmus Darwin Leavitt和他的家人也被埋在那里,以及其他Leavitts。"纪念Henrietta和她的两个兄弟Mira和Roswell的牌匾安装在纪念碑的一侧。附近是Henry和William James的墓地。:90 在墓地没有墓志铭纪念Henrietta Leavitt在天文学中的成就。

去世后的荣誉

书籍和戏剧

Lauren Gunderson创作了一部戏剧《Silent Sky》,讲述了Leavitt从被Harvard录取到她去世的历程。

George Johnson撰写了传记《Miss Leavitt's Stars》,通过Leavitt的故事展现了女性在科学中的进步胜利。

Robert Burleigh为年轻观众撰写了传记《Look Up!: Henrietta Leavitt, Pioneering Woman Astronomer》。它是为四到八岁的儿童编写的。

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