天鵝絨手套下的拳頭：紀(jì)念瑪格麗特·伯比奇
撰文| 鞠 強(qiáng)
編輯| 呂浩然
2020年4月5日，天文學(xué)家瑪格麗特·伯比奇（Margaret Burbidge）在美國舊金山逝世，享年100歲。作為20世紀(jì)最杰出的天文學(xué)家之一，她的研究涉及恒星、類星體和星系等多個領(lǐng)域，對天體物理學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。耶魯大學(xué)天文學(xué)和天體物理學(xué)中心主任梅洛·厄里（Meg Urry）這樣評價她：“她就像是蒼穹上的一顆恒星，做出一個又一個重要的發(fā)現(xiàn)，照亮我們所有人?！?br/>
1919年8月12日，瑪格麗特出生在英國達(dá)文波特。4歲時，她和家人搭乘橫渡英吉利海峽的夜班輪船去法國度假。在船上她第一次領(lǐng)略到夏季星空的美麗，從此產(chǎn)生了對天文學(xué)一生的摯愛?，敻覃愄睾苡袛?shù)學(xué)天賦，12歲的時候就開始閱讀一位遠(yuǎn)房親戚、英國天文學(xué)家和數(shù)學(xué)家詹姆斯·金斯（James Jeans）的著作。1939年，她在倫敦大學(xué)學(xué)院（UCL）獲得了學(xué)士學(xué)位。
在第二次世界大戰(zhàn)期間，很多英國的科學(xué)家和技術(shù)人員都投入到服務(wù)于戰(zhàn)爭的科研中，因此瑪格麗特要一邊在倫敦大學(xué)學(xué)院攻讀博士學(xué)位，一邊維持倫敦大學(xué)天文臺的運(yùn)行。她的博士論文研究的是變星仙后座γ的光譜。當(dāng)時的觀測條件很差，瑪格麗特經(jīng)常要一個人在寒冷的夜晚進(jìn)行戶外觀測，還不時會遭遇德國空軍對倫敦的轟炸。但這些都沒有使她退卻，戰(zhàn)時的燈火管制還為她創(chuàng)造了更好的觀測環(huán)境。她在自己的自轉(zhuǎn)中寫道：“那些夜晚實現(xiàn)了我早年的夢想?！?943年，她在倫敦大學(xué)學(xué)院獲得了博士學(xué)位。戰(zhàn)后，她開始為倫敦大學(xué)系統(tǒng)內(nèi)的各校學(xué)生講授天文學(xué)。在當(dāng)時聽課的學(xué)生中，就有后來大名鼎鼎的科幻小說家阿瑟·克拉克（Arthur Clarke）。
1948年，瑪格麗特和物理學(xué)家杰弗瑞·伯比奇（Geoffrey Burbidge）在相識6個月后結(jié)婚?，敻覃愄貙μ煳膶W(xué)的熱情和豐富的光譜學(xué)知識促使杰弗瑞從物理學(xué)轉(zhuǎn)向?qū)阈堑难芯俊?951年，瑪格麗特前往美國芝加哥大學(xué)葉凱士天文臺工作。1953年，她返回英國。在此期間，她和丈夫?qū)阈侵性刎S度的研究引起了實驗核物理學(xué)家威廉·福勒（William Fowler）的注意。福勒當(dāng)時在劍橋大學(xué)和另一位著名天文學(xué)家弗雷德·霍伊爾（Fred Hoyle）合作進(jìn)行研究。霍伊爾在1946年和1954年先后發(fā)表論文，指出恒星如何將氫和氦轉(zhuǎn)化成更重的元素，這個過程被稱作恒星核合成（stellar nucleosynthesis）。
福勒邀請伯比奇夫婦一同前往劍橋大學(xué)，同他及霍伊爾研究恒星中的核反應(yīng)。當(dāng)時瑪格麗特已經(jīng)懷孕，但作為一名出色的觀測天文學(xué)家，她仍然在獲得恒星光譜數(shù)據(jù)的觀測中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。伯比奇夫婦和霍伊爾把觀測數(shù)據(jù)同福勒在實驗室中進(jìn)行核反應(yīng)實驗獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，證實了恒星核合成理論。1957年，他們共同在《現(xiàn)代物理評論》（Reviews of Modern Physics）上發(fā)表了題為《恒星中元素的合成》（Synthesis of the Elements in Stars）的論文。此后，由于這項研究被頻繁引用，他們提出的理論干脆被同行用四人姓氏的首字母命名，稱為B2FH理論。
這是天體物理學(xué)研究歷史上具有里程碑意義的論文之一。組成人體、生命和地球的元素都來自恒星內(nèi)部的一系列核反應(yīng)。這些元素通過恒星爆炸的形式進(jìn)入宇宙空間中，成為構(gòu)成新的恒星、行星和其它天體的原材料，并使生命的出現(xiàn)成為可能。我們身體中的碳、我們呼吸的氧以及我們血液中的鐵，都是恒星核合成的產(chǎn)物。我們現(xiàn)在能夠把短暫的生命同宇宙中上百億年來持續(xù)不斷發(fā)生的壯麗現(xiàn)象聯(lián)系在一起，正是要得益于瑪格麗特等人的杰出工作。
1983年，福勒因為“對宇宙中形成化學(xué)元素的核反應(yīng)的理論和實驗研究”而同提出了“錢德拉塞卡極限”的錢德拉塞卡（Subrahmanyan Chandrasekhar）分享了當(dāng)年的諾貝爾物理學(xué)獎。他對瑪格麗特和杰弗瑞未被授獎而感到驚訝?；粢翣枌Ψ€(wěn)態(tài)宇宙理論的堅持在學(xué)術(shù)界有很大的爭議，同時他還因為喬瑟琳·貝爾·伯內(nèi)爾（Jocelyn Bell Burnell）未被授予1974年諾貝爾物理學(xué)獎而對評委會進(jìn)行了激烈的批評，沒有獲獎倒是情有可原。貝爾和瑪格麗特錯失諾獎被很多人認(rèn)為是諾貝爾獎對女性的歧視，但瑪格麗特對此持保留意見。
1955年，瑪格麗特到加州理工學(xué)院（Caltech）工作。1962年，她開始在加州大學(xué)圣地亞哥分校（UCSD）工作直到1988年退休。在20世紀(jì)六七十年代，瑪格麗特的主要工作是測量星系的質(zhì)量、組成和旋轉(zhuǎn)曲線，同時還對當(dāng)時剛剛發(fā)現(xiàn)不久的類星體進(jìn)行光譜學(xué)研究，成為這個領(lǐng)域內(nèi)的先驅(qū)。她曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)了那時已知的最遙遠(yuǎn)的天體，并保持這個紀(jì)錄將近十年。
1972年，瑪格麗特當(dāng)選美國科學(xué)院院士，她是美國科學(xué)院歷史上第一位女性天文學(xué)家院士。同年，她被任命為英國格林尼治天文臺臺長。在這座久負(fù)盛名的天文臺300年的歷史上，她是首位女性臺長。但在1974年，她因為工作上的分歧離開格林尼治天文臺，返回美國。1976年，瑪格麗特成為美國天文學(xué)會（AAS）首任女性主席。1979年至1988年，她擔(dān)任加州大學(xué)圣地亞哥分校天體物理和空間科學(xué)中心（CASS）首任主任。在此期間，她還于1983年擔(dān)任美國科學(xué)促進(jìn)會（AAAS）主席。在她的研究生涯中，她的最后一項重要工作是幫助開發(fā)了哈勃太空望遠(yuǎn)鏡上的暗天體攝譜儀。依靠這臺設(shè)備，她領(lǐng)導(dǎo)的數(shù)據(jù)分析團(tuán)隊在一個星系的中心附近發(fā)現(xiàn)了一個超大質(zhì)量黑洞。
瑪格麗特外表優(yōu)雅而安靜，和她共事過的美國加州大學(xué)利克天文臺（Lick Observatory）臺長喬·米勒（Joe Miller）曾經(jīng)在接受采訪時提到：“我太太經(jīng)常說，如果伊麗莎白女王需要替身演員的話，瑪格麗特就可以擔(dān)任?！钡瑫r，米勒又說：“在她的天鵝絨手套下是鋼鐵般的拳頭。她了解自己了解和相信什么，并且會堅持自己的原則?！?/span>（It was the classic iron fist under her velvet glove. She knew what she knew and believed strongly, and she would stick to her principles.）
瑪格麗特的一生見證了女性在科學(xué)界爭取平等權(quán)利的過程。1945年，她申請卡內(nèi)基天文臺的博士后職位被拒絕，原因是這個職位需要在當(dāng)時只允許男性使用的威爾遜山天文臺工作。此后，她申請過威爾遜山天文臺的工作又再次因為性別原因被拒。后來，經(jīng)過不懈的努力，她終于可以和丈夫一起在威爾遜山天文臺進(jìn)行觀測工作，但還是在食宿等方面被區(qū)別對待，并且只能擔(dān)任丈夫名義上的助手。即使大部分的觀測工作實際上是由她完成的。
與此同時，瑪格麗特也反對積極區(qū)別對待政策，她希望實現(xiàn)的是真正的男女平等。她曾拒絕了美國天文學(xué)會授予她的以著名女性天文學(xué)家安妮·坎農(nóng)（Annie Cannon）命名的安妮·坎農(nóng)獎（Annie Cannon Prize），因為這個獎項只授予女性天文學(xué)家。在她擔(dān)任美國天文學(xué)會主席期間，她積極說服會員同意不在尚未批準(zhǔn)美國憲法平等權(quán)利修正案的州召開會議。雖然這個提議當(dāng)時引起了不小的爭議，但最后還是涉險通過。
CASS主任喬治·福勒（George Fuller）認(rèn)為，在20世紀(jì)天文學(xué)轉(zhuǎn)變成物理學(xué)的一個重要分支的過程中，瑪格麗特是其中的巨人之一。我們可以把福勒的這個評價放在一個更大的歷史背景中加以理解。今天，天文學(xué)的研究離不開物理學(xué)的方法，但在一個世紀(jì)之前，天文學(xué)和物理學(xué)還涇渭分明。一個例子是，雖然2019年諾貝爾物理學(xué)獎授予三位科學(xué)家以獎勵他們在宇宙學(xué)和系外行星研究領(lǐng)域里的成就，但在一個世紀(jì)之前這幾乎是不可想象的事情。諾貝爾物理學(xué)獎評委會在很長時期內(nèi)都不把天文學(xué)視作授獎的領(lǐng)域，因此在20世紀(jì)上半葉，只有1936年的諾貝爾獎與“天上的事情”有關(guān)（維克托·赫斯發(fā)現(xiàn)宇宙輻射）。而從20世紀(jì)50年代開始，以B2FH理論為代表的一批成果，標(biāo)志著科學(xué)家使用物理方法對天體進(jìn)行深入研究的成功。20世紀(jì)六七十年代，諾貝爾物理學(xué)獎評委會開始對天體物理學(xué)和宇宙學(xué)給予更多的關(guān)注。這是天文學(xué)發(fā)展的一個黃金時期，也是瑪格麗特開始研究星系和類星體的時期。
瑪格麗特一生中獲得了眾多榮譽(yù)，包括美國天文學(xué)會的亨利·諾里斯·羅素講座（Henry Norris Russell Lectureship）和英國皇家天文學(xué)會的金質(zhì)獎?wù)隆３饲懊嫣岬降穆毼煌?，她還是英國皇家學(xué)會會士和美國藝術(shù)與科學(xué)學(xué)院院士。第5490號小行星也以她的名字命名。
瑪格麗特從加州大學(xué)圣地亞哥分校退休后仍然和丈夫堅持工作到本世紀(jì)初。在超過60年的職業(yè)生涯里，她的研究不斷向前推進(jìn)我們認(rèn)識宇宙的邊界。瑪格麗特始終把自己當(dāng)作一名觀測天文學(xué)家。1994年，她曾經(jīng)在《天文學(xué)和天體物理學(xué)年度評論》（Annual Review of Astronomy and Astrophysics）上發(fā)表了一篇題為《星空守望者》（WATCHER OF THE SKIES）的自傳，回顧了自己（和丈夫）的天文學(xué)研究歷程，并特別提醒年輕一代的天文學(xué)家們，在沒有先進(jìn)設(shè)備的時代里如何開展天文學(xué)觀測。正如厄里所說，瑪格麗特作為一位先驅(qū)，對后來人影響巨大。
這位星空守望者，這位同行眼中的星空的一員，將與繁星同在。
