她做了一个“违背祖训”的决定然后将一个学科推进了几十年

在《他是一名医生,却改变了天文学》中,作者详细介绍了作为天文学家德雷珀的一生。而他的成就离不开自己妻子安娜的支持与协作。在德雷珀去世后,安娜为了纪念自己的丈夫,并使他们未完成的事业以最高的效率被完成,她用28年的时间持续资助哈佛天文台的一个天文学团队,直到其逝世。最终,哈佛天文台获得20多万颗恒星的光谱,并将它们分类后编制为著名的“亨利·德雷珀星表”。安娜的远见与慷慨有力推进了天文学与宇宙学的发展,在她的支持下,多名哈佛女计算员成长为杰出的天文学家,铸就了哈佛天文台的辉煌。她的姓名与繁星同辉。

在天文学(包括天体物理学)领域,以亨利·德雷珀(Henry Draper,1837-1882)命名的“亨利·德雷珀星表”(Henry Draper Catalogue)是一个无法绕开的重要名词。德雷珀星表记录了几十万颗恒星的光谱与亮度。它是人类认识恒星的一个巨大的宝库,对天文学的几乎所有分支都有重要影响。

然而,德雷珀星表却并不是亨利·德雷珀本人编制的。那么,为何这个星表以德雷珀为名?这是一个曲折却波澜壮阔的故事。

在科学史上,有一个特殊的女性群体,她们协助自己的丈夫或男性亲属从事科学研究,但她们并不被视为相关研究的合作者,因此往往籍籍无名,或者只是偶尔被提起。

亨利·德雷珀(以下简称为“德雷珀”)的妻子安娜·帕尔末·德雷珀(Anna Palmer Draper,1839-1914)就是这个特殊群体中的一员。

安娜的父亲老帕尔末出生于斯托宁顿,少年时就移居纽约,后来因投资房地产而致富。此后他又投资铁路,担任普罗维登斯(Providence)与斯托宁顿铁路公司的总裁。他还是纽约安全存款公司(Safe deposit company of New York)的创始人之一以及几家商业公司的董事。[1]这些商业投资使他成为纽约的富豪之一。

安娜从小在纽约的麦迪逊(Madison)大道的一幢豪宅里长大,这是老帕尔末出资盖起来的。她有一位哥哥理查德·帕尔末(Richard Suydam Palmer,1834-1870)与一个弟弟小科特兰德·帕尔末(Courtlandt Palmer Jr.,1843-1888)。

1867年,28岁的安娜与30岁的德雷珀结婚,去掉原先的首名“玛丽”,并随夫姓。婚后,安娜立即成为德雷珀的助手。为了将尽量多的时间投入到科学研究,他们的蜜月之旅最远只到达下曼哈顿(lower Manhattan)城区。他们到那里的目的是购买一块玻璃镜坯。[2]夫妻俩将其打磨、抛光、镀银后,使其成为口径为28英寸(71厘米)望远镜的主镜。

安娜自幼居住的豪宅也成为夫妻二人的共同财产。二人将它的一部分改造为实验室与车间,并将另一部分用以举办科学沙龙与科普讲座(可以容纳200位听众[3])。

在需要观测星空时,他们就去黑斯廷斯(Hastings)的天文台内观测,在距离天文台2英里的多布斯费里(Dobbs Ferry)的住处休息。[3]德雷珀每次观测,安娜都会陪同。在从事不需要夜空观测的工作(比如分析拍摄到的底片、从事光谱学研究、打磨望远镜镜片等)时,他们就在纽约家中一起工作。

两人刚结婚时,那时最主要的照相方式还是湿版照相。要拍摄天体照片,必须在观测前迅速制作底片,避免湿版底片在拍摄时变干失效。安娜的任务之一就是在观测前在玻璃板上抹上珂罗酊,制成湿版底片,然后再一同拍摄。[3, 4]在干版照相技术成熟后,二人又积极制作干版底片,并由安娜管理。[4]

1872年,28英寸望远镜落成,安娜协助德雷珀用它拍摄了织女星光谱的照片。他们得到的织女星光谱照片中显示出明显的吸收线特征。这是人类首次拍摄到显示吸收线年间,安娜协助德雷珀用100多张玻璃底片拍摄了78颗恒星与行星的高品质光谱。

德雷珀的28英寸(71厘米)反射望远镜与使用同一支架的12英寸(30.5厘米)折射望远镜。│图源:Hastings Historical Society

1874年5月10日,安娜的父亲逝世,留下了数额巨大的遗产。她与她的哥哥的后人(她哥哥在1870年就已逝世)以及弟弟分别继承了一部分。

1878年7月29日的日全食期间,安娜自愿在帐篷里为德雷珀以及其他人计时、读秒,以避免其他人因全神贯注看日全食而错误计算了日全食的持续时间。[3]她也因此成为那次日食远征队中唯一没有目睹日全食的人。

1880年9月30日,安娜协助德雷珀用11英寸望远镜拍摄猎户座星云(M42),他们是最早拍摄这个星云的人。1881年,安娜协助德雷珀拍摄“1881年大彗星”的彗尾,并获得了这颗彗星的彗头的第一条光谱。

从1867年到1882年,安娜与丈夫并肩前进了15年,她不仅担任德雷珀的助手,自己也成为一名出色的女科学家。然而,她始终以不署名助手的身份参与合作,这使她作为一名女科学家的身份被大多数人(尤其是后人)忽略——尽管她被选为太平洋天文学会的成员。[4]

对于安娜而言,真正的不幸并不是自己的科学家身份被忽略——她并不在意那些,而是丈夫的英年早逝:1882年11月20日,德雷珀因病逝世,年仅45岁。

德雷珀的突然离去不仅沉重打击了安娜,也使夫妻二人拍摄大量恒星光谱并为它们分类的宏大计划突然中断。

尽管经历了持续的巨大悲痛,安娜还是决定将丈夫未竟的事业继续下去。一开始,她计划购买德雷珀建设的天文台的地产(该地产属于德雷珀父亲,德雷珀父亲逝世前将其赠与其妹妹,即德雷珀的姑姑),从而真正拥有该天文台,然后将该天文台命名为“亨利·德雷珀天文和物理观测台”(Henry Draper Astronomical and Physical Observatory)。

为了继续从事恒星光谱的拍摄与分析工作,她还决定雇佣两名助手,一名负责拍摄恒星的光谱,一名负责分析光谱并与其他天体的光谱进行对比。但是,她无法找到她满意的助手。

同时,安娜希望能够资助天文学领域内的专业团队,获得他们的协助。安娜计划出资寻求合作的消息很快传开。著名的望远镜制造商阿尔万·克拉克(Alvan Clark,1804-1887)是最早知道这个消息的人之一。德雷珀曾经从他那里购买望远镜,夫妻俩与他很熟悉。

这个消息很快又从克拉克那里传到了著名天文学家皮克林(Edward Pickering,1846-1919)耳中。当时,皮克林是哈佛大学天文台(Harvard College Observatory,以下简称“哈佛天文台”)的台长。

此前,皮克林就很赞赏德雷珀在天文照相方面的工作,二者又先后成为美国国家科学院院士,德雷珀夫妻俩在纽约的住宅招待科学界同行时,皮克林也曾经参与。因此,他与德雷珀夫妻成为好朋友。

1883年1月,皮克林给安娜写了一封信,信中说:“亲爱的德雷珀夫人,克拉克先生(一位著名的望远镜制造家)告诉我,你正准备完成德雷珀博士从事的工作,我对这件事很感兴趣,这是我向你提出这件事的来由。”[5](引文内小括号为原文,下同。)

皮克林对安娜的计划深表赞赏,承认并强调实现这个计划具有很大的难度。然后他在信件结尾补充:“如果我能做些什么来纪念我一直钦佩其才能的朋友,我会非常高兴。”[5]

一些资料说安娜写信给皮克林,寻求帮助与合作。但根据这封信的内容以及时间差(从德雷珀逝世到皮克林写这封信,只有2个月左右的时间),笔者推测应该是皮克林在听到消息后主动给安娜写信以寻求合作。

安娜立即回信,感谢皮克林“善意而鼓舞人心的来信”。[5]此后二人频繁来信沟通具体合作事宜。在皮克林的鼓励下,安娜整理了德雷珀的遗作,皮克林与合作者将德雷珀的结果写成论文,于1884年发表[6](德雷珀与安娜未署名)。

1885年,皮克林首次将物端棱镜技术与天文照相术结合,从而可以在同一张底片上拍摄拍到数十颗甚至数百颗恒星的光谱。这意味着批量拍摄恒星光谱的时机终于成熟了。皮克林马上启动了批量拍摄恒星光谱的计划。1885年5月,他写信给安娜,告诉她这个计划,希望她对此感兴趣,并提供资金支持。

安娜也立即意识到这个新技术的巨大潜力,同意用自己的遗产资助皮克林团队,让后者用集体的力量拍摄并分类大量恒星的光谱。安娜是富商的女儿,她在成长的过程中受到父亲的耳濡目染,因此具有精明而理智的商业头脑。她并没有因为一激动就直接打钱,而是通过详细的谈判来规划项目的资助,在此后几个月她一直与皮克林沟通资金的拨付、使用等事宜。

根据皮克林后来的回忆,在谈判过程中,安娜给了许多科学上的重要建议,如:怎样让哈佛天文台的仪器能够持续工作,特别如何让其中一部分在晴夜彻夜工作;如何招聘大量计算员来加快数据处理进度;如何让编制出的星表以合适的形式发表等。这些细节都体现出安娜作为一名科学家的专业能力。

1886年2月14日,安娜在回信中与皮克林为代表的哈佛天文台达成协议,成立“亨利·德雷珀纪念”(Henry Draper Memorial)基金(以下简称为“德雷珀基金”)。这个基金将资助皮克林领导的团队完成德雷珀的遗愿——拍摄并分类大量恒星光谱。

此前她所在的家族并没有将遗产捐赠给天文机构的先例,因此安娜的这个决定可以说是“违背祖训”的决定。连她自己都没有预料到她的出资对天文学与宇宙学的影响有多深远。

按照计划,皮克林将用德雷珀基金招聘更多人员并购买照相使用的玻璃底片,这些人员将拍摄10万颗恒星的光谱,并将它们分类。这些恒星不暗于9等。绝大多数人的眼睛可以看到的最暗的星为6等星,9等星的亮度是6等星的6.3%。根据协议,这个在后来彪炳史册的星表的名称是“亨利·德雷珀星表”(Henry Draper Catalogue)。

这是一个史无前例、雄心勃勃的项目,资金以分期的方式支付,这是此前安娜与皮克林约定好的模式,有利于她定期考察项目进展,如果不如预期将停止资助。无疑这也是对皮克林团队的一个鞭策。在协议签订之后1周内,安娜就寄出1000美元作为这个项目的启动基金,并承诺在此后定期支付。(当时的1美元相当于现在的32美元。)

在皮克林获得捐助之前,哈佛天文台共有6名女计算员,且并非都属于皮克林的团队。有了安娜分期支付的资金后,皮克林招聘了更多女计算员。她们主要从事恒星的光谱分类工作,并将结果编制为德雷珀星表。

在皮克林团队中,男性天文学家负责观测、拍摄恒星,女计算员负责分析照相底片、对恒星的光谱分类并编表。德雷珀的外甥女莫里(Antonia Maury,1866-1952)也一度是其中一员。

在项目的一开始,安娜还是对德雷珀生前使用的天文台抱有期望,希望它与哈佛天文台联合完成德雷珀星表。[6]但哈佛天文台的快速进展使安娜意识到只有哈佛天文台可以完成这个壮举。此外,她无法招聘到满意的可在德雷珀天文台内工作的助手。因此,她决定将整个项目都移交给哈佛天文台。

1887年,皮克林提出28英寸望远镜有利于更快完成恒星光谱类型的确认,安娜慷慨地将它(这是她最爱的望远镜)捐给了哈佛天文台。此外,安娜还将德雷珀曾经使用过的11英寸(28厘米)与15.5英寸(39厘米)望远镜赠予哈佛天文台。哈佛天文台用德雷珀基金建设了专门的圆顶,用以安放这些望远镜。

1900年左右拍摄的哈佛天文台的照片(后期上色),前方的3个建筑由哈佛天文台建设,来分别放置安娜捐赠的德雷珀与她使用过的3台望远镜。│图源:Harvard College Observatory, Tom Fine

德雷珀使用过的11英寸折射望远镜安装于哈佛天文台之后的照片。│图源:Harvard College Observatory

2015年“出土”的原始记录表明,安娜还将德雷珀此前给28英寸望远镜镀银的化学工艺配方分享给哈佛天文台。德雷珀生前的相关笔记本与照相底片也被她捐献给哈佛天文台。

PHAEDRA项目整理出来的笔记本中关于安娜献出望远镜镀银工艺的记录。图片来源:Wolbach library, CfA

为了加快项目进度,安娜还购买了8英寸(20.3厘米)口径的新望远镜以及与之搭配的物端棱镜,将其送给哈佛天文台。这个望远镜被称为“8英寸德雷珀望远镜”。[6]

在恒星光谱分类的任务交给哈佛天文台之后,安娜因为身体变差等原因,基本不再继续从事研究工作,而将主要精力集中于在自己家举办科学讲座和展览。不过,她会定期去哈佛天文台,了解工作进展。期间,她与威廉明娜·弗莱明(Williamina Fleming,1857-1911)、安妮·坎农(Annie Cannon,1863-1941)等女计算员成为好友。

1886年,皮克林团队拍摄并分类了不暗于6等的5400恒星与暗于6等的2400颗恒星的光谱。1890年,皮克林出版了第一版《亨利·德雷珀星表》,里面包含弗莱明等女计算员对10498颗恒星光谱的分类。1897年,莫里与皮克林合作出版了北天的681颗明亮恒星光谱的分类。1901年,坎农与皮克林出版了南天的1122颗明亮恒星的光谱分类。

这些进展都让安娜非常满意。每当哈佛的女计算员确认出新的光谱类型,皮克林等人就会将它们展示给安娜,安娜每次都会兴奋不已。[3]

在项目建立后的第二年(1887年),她决定不再将目标限定在恒星光谱的拍摄与分类,而是将目标扩大为观测一切与恒星有关的现象,[3]如恒星的星等,特别是变星的观测。

弗莱明(最右站立者)向安娜(右起第二,坐在桌子前)展示德雷珀星表的进展,图中其他人都是哈佛女计算员。│图源:Center for Astrophysics/Harvard & Smithsonian

坎农与其他哈佛女计算员用4年时间分类大量恒星的光谱,并将它们与此前确认的恒星的光谱库合并,编制出完整版的《亨利·德雷珀星表》。

安娜并没有等到见证这一壮举最终被完成的那一瞬间——1914年12月8日,安娜病逝,享年75岁。不过,她不会有遗憾,因为在她逝世前,当时尚未出版的《亨利·德雷珀星表》已编入约20万颗恒星[3],是此前计划的2倍。

从1886年建立德雷珀基金到1914年逝世,她用28年时间看着《亨利·德雷珀星表》的快速扩大。皮克林没有辜负她,而她的努力也足以告慰她英年早逝的丈夫。

为了表达对安娜的感谢与怀念,1918年12月出版的《亨利·德雷珀星表》第3卷以安娜的肖像作为卷首插图。在仅7行的简短前言中,皮克林说明了这个项目的缘起,并说:“因此,以她[安娜]的肖像作为这一卷的卷首插图显得非常适合……”此时的皮克林也已进入生命的倒计时。

《亨利·德雷珀星表》第3卷卷首插图的安娜的肖像。│图源:Linda Hall Library

1919年2月3日,勤恳工作了一辈子的皮克林逝世(他未等到德雷珀星表的第三卷出版),后面6卷《亨利·德雷珀星表》的出版事宜由坎农负责。1921年,沙普利(Harlow Shapley,1885-1972)成为哈佛天文台的新一任台长。

尽管沙普利人品颇有瑕疵,但他继续支持哈佛天文台进行恒星光谱分类等工作。坎农带领一批女计算员汇编《亨利·德雷珀星表》扩展表,里面包含部分天区的46850颗9等到11等星之间的恒星光谱(11等星的亮度是9等星的约1/6)。

最后,《亨利·德雷珀星表》及其扩展表共收录了35万9082颗恒星的光谱。为制作《亨利·德雷珀星表》而使用的玻璃底片达到120吨,它们至今仍保存在哈佛天文台。

《亨利·德雷珀星表》首次实现了对几十万颗恒星的光谱进行编表、分类的宏大目标,使恒星光谱分类迅速成熟。德雷珀星表为人类认识恒星本质做出了划时代的贡献,并惠及此后至今的天文学家。

坎农在编制《亨利·德雷珀星表》的过程中提炼出的“哈佛分类法”(一维分类法)迅速成为持续至今的标准分类法,仅有少量修改。

莫里给出的更复杂的分类法则为此后的恒星光谱二维分类法(颜色-光度)奠定了基础,并启发赫茨普隆(Ejnar Hertzsprung,1873-1967)得到“赫罗图”(Hertzsprung–Russell diagram),而赫罗图又被公认为恒星物理学的基石之一。

佩恩-加波施金(Cecilia Payne-Gaposchkin,1900-1979)在哈佛大学攻读博士研究生学位期间研究了坎农提供的恒星光谱照片,结合理论计算,她于1925年完成的博士毕业论文中首次提出:恒星以及整个宇宙的大部分物质是氢。

由安娜一手促成的《亨利·德雷珀星表》是天文学的一座丰碑。即使用最保守的说法,我们也可以说安娜的资助将恒星物理学这一学科推进了几十年。

事实上,安娜发起的这个项目影响的并不仅仅是恒星物理学。天文学家与天文学史专家杜利特·霍夫雷特(Dorrit Hoffleit,1907-2007)在1991年的一篇回顾德雷珀星表的发展历程的文章[6]中说:“几乎没有一个天文学分支没有从亨利·德雷珀纪念[基金]的成果中受益。如果没有德雷珀夫人(安娜)的远见与慷慨,人们将不知道皮克林和沙普利时代的哈佛[天文台]是否会变得那么卓越。”

安娜对皮克林团队的资助还推进了宇宙学的发展。皮克林团队的女计算员勒维特(Henrietta Swan Leavitt,1868-1921)发现了造父变星的周期-光度关系;哈勃(Edwin Powell Hubble,1889-1953)使用这个关系确定了几十个星系的距离,结合此前由斯里弗(Vesto M. Slipher,1875-1969)测出的其中一部分星系的退行速度,确认“星系退行速度与距离成正比”。这个结果意味着宇宙在膨胀(虽然哈勃本人并不这么认为),最终催生了大爆炸宇宙学。

安娜的资助为弗莱明、坎农、莫里与勒维特等女性天文学家的成才提供了至关重要的基础。皮克林使用安娜提供的资金支付她们的工资,使她们能够在哈佛天文台专心工作,成为优秀的天文学家。在女性普遍难以进入科学界的100年前,安娜与皮克林成就了她们。皮克林是她们的严父,安娜是她们的慈母。

她们也代表“哈佛女计算员”(Harvard Computers)赢得了全世界天文学家与众多媒体的崇敬。哈佛天文台并不是唯一雇佣女计算员的天文机构,但哈佛女计算员是天文领域中最著名女性研究群体。

在皮克林逝世后,哈佛天文台每次招聘低薪甚至无薪的女计算员时,都有雪片般的求职信从世界各地飞来,这些求职的女性都以能够到这里工作为无上荣耀,坚信这里可以让自己得到最好的锻炼。而正是安娜的资助与皮克林的领导让哈佛天文台女计算员成为荣耀与成就的象征。

安娜同时还是亨利·德雷珀奖章(Henry Draper Medal)的设立者。1886年,她给美国国家科学院捐赠资金,设立了这个奖,用以纪念自己丈夫。

德雷珀奖章一开始奖励光谱研究与辐射研究两个领域的研究,后来奖励范围扩大到整个天文学以及与天文学密切相关的物理学领域杰出的原创性研究。

研究太阳辐射的朗利(Samuel Langley,1834-1906)于1886年成为第一个德雷珀奖章得主。皮克林于1888年成为第2个德雷珀奖章得主,德雷珀生前的竞争对手兼好友哈金斯(William Huggins,1824-1910)于1901年成为第6个德雷珀奖章得主。安娜的好友、德雷珀星表的主要编制者坎农于1931年成为第21个德雷珀奖章得主。

1985年之前,德雷珀奖章每隔1-6年颁发一次,间隔不固定。1985年开始,德雷珀奖章每隔4年颁发一次。至今为止,该奖共颁发50次,仅有56名天文学家或物理学家获得德雷珀奖章。获奖者中大师云集,其中有9人在获得该奖前或之后获得诺贝尔物理学奖。[7]德雷珀奖章因此成为天文学领域中的大奖之一。

从1886年给出第一笔资金到她逝世,安娜共向哈佛天文台捐献了25万美元;此外,她还通过遗嘱将15万美元的遗产捐给哈佛天文台,用于维护和研究几十万张底片。[2]这40万美元相当于现在的1200万美元。

在国家赞助科研的风气尚未流行,相关的制度也尚未完善的时代,私人赞助对于一些机构与个人的研究具有举足轻重的作用,私人赞助往往直接决定了一个项目的生与死。

安娜逝世后,她收藏的大量文物、古董、挂毯、微型绘画和其他艺术作品被捐给大都会艺术博物馆(Metropolitan Museum of Art)。安娜赠送给哈佛天文台的28英寸望远镜至今还在哈佛大学。她赠送给哈佛天文台的11英寸望远镜于1947年被后者送给中国(位于北京),但因为战乱而丢失。她赠送给哈佛天文台的8英寸望远镜则被送给波兰,波兰天文学家在此后多年用它继续研究物端棱镜光谱。[6]

正如坎农于1915年在《科学》(Science)杂志发表的纪念安娜的文章所说:“她的姓名将永远与天体物理学的科学荣耀地联系在一起。”[3]

她的姓名,安娜·帕尔末·德雷珀(Anna Palmer Draper),与繁星同辉。

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