回顧近幾百年天文學史，發現美國18世紀左右的女天文學家還不少，此文聊聊其中幾位。

1，赫歇爾-她嫁給了星星

歷史上的許多女性科學家都終身未嫁，今天我們的主角：卡羅琳·赫歇爾（1750年--1848年），她嫁給了星星……

我們抬頭仰望銀河，可以給孩子們滔滔不絕地講解太陽系、銀河系、行星、恆星、彗星、星雲等等天文知識。但你知道嗎？與銀河系有關的許多天文觀測記錄，都和一位傳奇的女天文學家卡羅琳·赫歇爾及她的哥哥：英國著名天文學家威廉·赫歇耳的貢獻有關。赫歇耳這個名字，實際上是天文界一個著名的家族，除了上述兄妹外，還有威廉的兒子約翰·赫歇爾。

美國天文學家沙普利也是從威廉兄妹的觀測數據，得出了太陽系位於銀河系邊緣的結論。直到上世紀二十年代，天文學家們才認識到銀河系在不停地自轉，有了旋轉星系的概念。

卡羅琳是赫歇爾家庭中十個孩子的第八位。她小時候健康不佳多災多病。在10歲時，她得了斑疹傷寒，導致臉上留下疤痕，且身材矮小，長到4英尺3就停止了。由於她的發育不良，她的父母認為她不會結婚，便沒給予正規教育，認為她應該被訓練成一名僕人。

但是後來，老赫歇爾去世後，威廉發現了妹妹的天賦，將卡羅琳從家中解救出來，走向外面的廣闊世界。威廉·赫歇爾讓卡羅琳學習音樂，教她如何唱歌，使得卡羅琳很快成為一個多才多藝的女高音。但她只在威廉舉辦的音樂會上演唱，並且，當威廉的興趣集中轉向天文觀測方面之後，卡羅琳便成為他這方面不可或缺的得力助手。

卡羅琳學會了如何擦亮透鏡，如何自己製作望遠鏡，如何記錄觀察到的資料和數據並進行必需的數學計算。兄妹倆用親手製成的望遠鏡，先後探察了北半球1083個天區共計11萬多顆星星。

1781年3月13日， 赫歇爾兄妹發現了-天王星。這項重要發現使威廉成為英國皇家天文學家，卡羅琳也贏得了一定的名聲。之後，卡羅琳隨哥哥前往英國，威廉外出學術活動時，卡羅琳作為管家和助理留在家裡，但她不放過任何一天觀測天象的機會，逐漸積累不少自己獨立觀測到的天文記錄。

赫歇爾兄妹（YouTube視頻）

1783年2月26日，卡羅琳發現了一個疏散星團，並在年底又發現了另外兩個星團。在1786年8月1日，卡羅琳發現一個發光物體在夜空中緩行，再次觀察後，她通過郵件提醒其他天文學家，宣布自己發現了一顆彗星。為了使人們可以方便地觀測研究，卡羅琳告知該如何找到該彗星的路徑。這是公認的第一個女性發現的彗星，這一發現使卡羅琳贏得了她的第一份工資。1787年，卡羅琳正式被喬治三世國王聘用為威廉的助手，成為第一位因為科學研究而得到國王發給工資報酬的女性。卡羅琳總共獨立地發現了14個星雲和8顆彗星。

卡羅琳後來真的終身未嫁，是否談過戀愛我們也不得而知。在1822年，威廉去世後，卡羅琳從英國返回德國，但並沒有放棄天文研究。她整理好自1800年威廉和她一起發現的2500個星雲列表，她整理和勘誤天文觀測資料，補充遺漏，提交索引。英國皇家天文學會為表彰她的貢獻，授予她金質獎章，在她96歲時，普魯士國王也授予她金獎。

再後來，威廉的兒子約翰子承父業，繼續父親和姑姑的工作，把觀測基地移到南非，在南半球探測了2299個天區計70萬顆星，第一次為人類確定了銀河系的盤狀旋臂結構，把人類的視野從太陽系伸展到10萬光年之遙。

三位赫歇爾觀測了近百萬顆星星！從這些大量數據，人們才開始認識到世界之大，銀河系之大，整個太陽系不過是銀河系邊緣上一個不起眼的極小區域而已。

2，皮克林的“後宮”

“皮克林的後宮”是指於1877到1919年擔任哈佛天文台台長的天文學家愛德華·皮克林雇用作為處理天文資料的女性技術人員的稱呼，其中許多女性為天文學作出重要貢獻。這些女性天文學家也以“哈佛計算機”之名為人所知。

皮克林是誰啊？怎麼會有後宮？真是耐人尋味！其實，這是19世紀哈佛天文台的女天文學家們的故事……

說到後宮你會想到中國古代皇帝，據說後宮有“三宮六院佳麗三千”，不就是電視劇里妃子宮女們爭風吃醋的地方嗎？一百多年前，美國哈佛大學天文台台長愛德華·皮克林也有一個假後宮，那兒聚集了眾多的女天文學家，她們進行天文資料的整理和計算，也被稱為哈佛計算機。

哈佛天文台的“女性計算機”們（YouTube視頻）

皮克林任台長期間（1881-1918），有80多名女性為他工作，愛德華和他的弟弟亨利都是當年頗負盛名的天文學家。亨利是土衛九（土星的一顆衛星）的發現者，月球上的皮克林撞擊坑和火星上的皮克林撞擊坑，都是以他們兩兄弟皮克林命名的。

上次介紹赫歇爾天文家族時曾經提及，三位赫歇爾觀測到的星星就有近百萬顆。之後天文觀測的數據越來越多，恆星種類越來越多，皮克林上任哈佛天文台台長時，面臨這種情形。他希望把恆星分類，還有變星，即強度變化的恆星，但感覺人手不夠，下屬也不得力。妻子笑說，可能還不如家中那位能幹的女僕威廉米娜·弗萊明。思想新潮的皮克林本來就積極鼓勵女性從事天文研究，聽後腦洞大開，這可是個好辦法！於是他招募了一批女性對天文台拍攝的照相底片，進行測量和分類工作，由女僕弗萊明管理

於是便有了後宮之說，雖然是戲稱，卻也反映了那個時代女性的地位。

這些女性計算機，勝任工作的能力堪比男性，工資卻只有男性一半。而且弗萊明的管理能力大大派上用場，這些女性的不少人都在天文學上得到重要發現，包括主持恆星光譜分類的安妮·坎農，發現造父變星周光關係的亨麗愛塔·勒維特，弗萊明本人也做出不少貢獻，發現馬頭星雲。

3，發現“量天尺”的她

人們在日常生活中用“尺子”來測量距離，但是如何測量天體之間的距離呢？從我們地球望出去，宇宙茫茫星辰無數，有明有暗有近有遠。從距離地球最近、光線只走1.28秒的月亮，到距離幾十上百億光年的“可觀測宇宙”邊緣，這些距離的數值是怎麼來的？“多少億光年”！如此難以想象的“距離”，難道都是科學家想當然幻想出來的嗎？

雖然不能說這所有天文數字都是很準確的，但是科學家們的估計總是有他們的道理。除了理論上的根據之外，也有一定的測量依據，且兩者互相關聯。

宇宙中距離的數量級大不相同：太陽系、銀河系、河外星系、宇宙，每個層次的距離概念相差好幾個數量級，從10^-4光年、 10²光年……到10¹⁰光年，不可能用同一種方法來測量。這些不同的方法叫做“宇宙距離階梯”。

量天尺（YouTube視頻）

這些方法就像階梯一樣逐步升高，互相支撐又彼此重疊，天文學家們在前一種方法的基礎上發展了下一種方法，前面的數據為下一步方法提供校準，依此類推便可測量出越來越遠天體的距離。事實上，人類對宇宙的認識，天文學的發展、也隨着可測的距離而增長。

在階梯的最底部是最基本的距離測量法，例如地月間距離便可以利用雷達發出激光信號的回波延遲來確定。太陽系行星與太陽的距離可以測量行星的公轉周期再根據開普勒定律計算出來。三角視差法在古希臘時就開始使用，可用於測量太陽系與鄰近恆星的距離，距離我們超過300光年的恆星，一般使用光譜法（赫羅圖）來測量。

萊維特發現的量天尺，是一種變星法。也就是利用造父變星的周光關係，將造父變星作為標準燭光，來測量星系間的距離。

變星：亮度變化的恆星；造父變星：一種亮度呈周期變化（1、2天到幾十天）的恆星；

標準燭光：原意是指大約一支普通蠟燭的發光強度，早期人們曾把每1瓦的白熾燈的發光強度稱之為一支燭光。後來天文學中的這個詞彙，一般指的是某類已知亮度的天體，有時也指由此進行距離測量的方法。例如，可以用造父變星作為標準燭光來測量星系距離。

標準燭光測距原理很簡單。例如，給你一大排發光亮度一樣的光源（例如10只40瓦的燈泡，你把它們安排到不同的距離後然後測量其觀測亮度，當然是距離越遠的就越暗淡，這樣你就能根據觀測亮度與距離的關係計算出它們離你的距離了。

此法可以被用來測量星系離我們的距離，儘管我們無法將電燈泡放到每個星系中去，但我們可以利用星系中原來就有的星星。這就是造父變星。不過，你可能會想到一個問題：怎麼確定這些造父變星的發光亮度都一樣呢？

這就是我們這位女天文學家萊維特的貢獻。萊維特研究了大小麥哲倫雲中的1777 個變星，發現造父變星的脈動頻率，即光度變化的周期（取對數）與其（真實）亮度有關。於1908 年和1912年，萊維特發表了2篇關於該主題的重要論文。她繪製了一張來自小麥哲倫星雲中 25 個造父變星的數據圖表，得到造父變星與發光亮度成簡單的線性關係：

萊維特得到造父變星的周光關係

這是個非常有用的性質。也就是說造父變星的亮度變化周期（可觀測量），就可以代表這顆星的絕對亮度（是40瓦還是100瓦的燈泡）。例如，這意味着如果兩個星系A、B中分別有造父變星a、b，兩顆造父變星的脈搏率相同，但一顆比另一顆更暗，那麼我們可以判斷出更暗的那顆離我們更遠。

萊維特的發現極大地擴展了天體距離的測量範圍，從而改變了天文學。她的工作對埃德溫·哈勃發現河外星系及宇宙膨脹的事實至關重要。也從而終止了“整個宇宙是只有一個銀河系還是許多個星系”的天文界大辯論。1921 年，她被任命為哈佛學院天文台的恆星光度測量負責人，但並沒有活到能夠享受她的新角色，便因胃癌而英年早逝了。她享年 53 歲，從未結過婚，也沒有孩子。1924年，一位學者準備提議萊維特為諾貝爾物理獎候選人，卻遺憾地得知她已經於3年前逝世了。

×××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××

本人的科普視頻：YouTube：

天文航天：“談天說地”  https://www.youtube.com/playlist?list=PL6YHSDB0mjBLmFkh2_9b9fAlN7C4618gK

趣味數學：數學大觀園  https://www.youtube.com/playlist?list=PL6YHSDB0mjBJifi3hkHL25P3K9T-bmzeA