德雷珀星表史话

本文作为《星表史话》连载的一部分,发表于《天文爱好者》2009年第7期。因为自觉写的不好,一直没好意思贴出来。本月初松鼠会那边放了出来,也顺便在这里留一份,稍有更新。

二十世纪初摄影术的出现,不仅自身成为天文研究的得力工具,还唤醒了沉寂多年的分光术。虽然早在1817年普鲁士的夫朗和费(Joseph Fraunhofer)就用自己发明的分光计发现了太阳光谱中的暗线。但是拍摄照片要求光源有很高的强度,此时只能用于研究化学实验室中的元素以及部分亮星。成功记录下月球照片的美国教授约翰•德雷珀在1842年就拍下了太阳的光谱。但由于此时的显影干板还不够敏感,对于那些遥远的天体无能为力。

1851年,英国的雕刻家阿切尔(Frederick Scott Archer )发明了火棉胶湿版摄影法。新方法的感光能力非常强,极大地缩短了拍摄时间,但是这种底板的保存时间非常短,只能现用现做,很不方便。直到1871年,英国一个摄影爱好者马多克斯(R.L Maddox)发明了溴化银明胶干板法,成功解决了火棉胶底板保存时间不长的问题。第二年大洋彼岸的美国天文摄影先驱约翰•德雷珀的儿子亨利•德雷珀(Henry Draper)就用这种新技术成功拍摄到织女星的光谱。他的成功绝非偶然。

亨利•德雷珀年轻时在纽约大学学医,业余时间充当他父亲的摄影助手,1857年20岁的他修完了全部课程,但按照当时的规定要年满21岁才能毕业,他只好跑到欧洲去晃荡了一年。游历期间,爱尔兰的罗斯勋爵那架巨大的72英寸(1.8m)的望远镜给他留下了深刻的印象,从此萌生了用大望远镜进行天文摄影的念头。他回国后在父亲位于纽约州哈德逊河畔黑斯廷斯村(Hastings-on-Hudson)的领地上建造了一个私人天文台,试制了一系列15英寸的望远镜,后来在约翰•赫歇尔的建议下,舍弃了常用的金属反射镜面,专心研究玻璃镀银镜面。等到新底片技术出现的时候他已经是一名经验丰富的业余天文学家了。多年的努力使他得以在第一时间拍摄到恒星光谱,1880年第一次拍摄到了猎户座大星云的光谱,1881年第一次拍摄到了彗星的光谱……他是如此热衷于这项技术,尝试用它来记录当时所知的一切天体。1882年年初,他父亲去世,由他接任了纽约大学医学系教授的职位,不久又荣升为系主任,正在他踌躇满志要建立一番事业的时候,一场急性肺炎夺去了他的生命。这位在业余时间开创了美国光谱天文学研究的医学教授就这样匆匆走完了一生。

他的夫人安娜•玛丽•帕尔默(Anna Mary Palmer)一直在全力支持他的工作。她觉得能让她丈夫的事业继续下去,是对他最好的纪念。于是她开始为专业天文学家提供经费,编制一份以她丈夫名字命名的星表。哈佛天文台台长皮克林(Edward C. Pickering)正好也有类似的想法。他接下了这份任务,计划用物端棱镜进行光谱巡天,记录所有能观测到的恒星。在那个没有计算机的时代,星表的整理归算是一项巨大的工程。他对自己男秘书的工作非常不满,在一次发火时说自己的女佣都能干得更好。他的女佣弗莱明夫人(Williamina Fleming)因此意外的进入了天文台。对于一个独自负担儿子昂贵学费的家庭主妇来说,这是个难得的机会,她竭尽全力把事情处理得井井有条。皮克林非常满意,从此认为浩繁的记录和分析工作更适合由女性来完成,史无前例地雇佣了许多女性来处理数据(这些计算人员被称作Computer,后来她们的工作被机器取代,名称仍被沿用下来)。这个举措在当时饱受争议,女雇员们也被戏称为“皮克林的后宫”(Pickering’s Harem)。

皮克林的后宫

不过,她们很快就以杰出的工作向世人证明了自己的能力。1890年发表的“德雷珀光谱星表”(Draper Catalogue of Stellar Spectra),包含了南纬25度以北10351个天体的28266条光谱信息,获得了天文界的广泛认可,也为女性天文学家赢得了地位和尊敬。弗莱明夫人在这份星表中根据氢线强度将光谱分为17类,依次用A-Q的英文字母表示。在此之后,她作为皮克林的得力助手,更多的担负起组织协调等管理工作。数据的分析整理便落到了亨利•德雷珀的侄女,女天文学家莫里(Antonia Maury)身上,她对这些数据进行了更深入的研究,于1897年和皮克林发表了一个全新的光谱系统,用罗马数字编成22类,第一次将B型星正确的排到A型之前,但是皮克林对这个分类系统并不满意,莫里也因此一度离开了天文台。

站在中央的女士是弗莱明夫人,左侧的男士便是皮克林

1896年皮克林招到了另一位得力助手——坎农(Annie Jump Cannon),她17岁时因为感染猩红热而丧失了大部分听力,社交方面的不便使她潜心学术。1901坎农和皮克林联合发表了南天1122颗亮星的光谱分类结果。新的分类沿用了弗莱明夫人的字母标识,但去除了大部分的字母,只保留了O, B, A, F, G, K, M作为主要类型,并借鉴莫里的思路给出了正确的排列次序,奠定了哈佛分类法的基础。当时并不知道这样的顺序与恒星的温度有关,这个关系直到1925年才被沙普利(Harlow Shapley)的女博士生Cecilia Payne-Gaposchkin在博士论文中揭开。

哈佛光谱分类

在1911年弗莱明夫人因肺炎去世后,坎农接替了底片总监的位置。开始按照新的光谱分类对全天暗至九等的二十多万颗恒星进行系统整理。她每个月要完成了5000多颗恒星的分类,为了加快速度,她只负责检查照相底板,报出光谱类型,由一旁的助手记录,这样最快的时候一分钟能辨认3颗。即便如此,她用了五年才完成全部的分类工作,由于还要核对位置,分类结果直到1918年才开始陆续发表。而此时项目的资助人德雷珀夫人已在四年前去世,担任了42年台长的皮克林也在一年后与世长辞。坎农只得独立担负起汇编星表的重任。1924年她终于完成了八卷的亨利-德雷珀星表(Henry Draper Catalogue,简称HD),包括225300颗恒星的数据,极限星等为为8.5等。这是第一个收录全天恒星光谱的大规模星表,也正是这个星表确立了恒星光谱哈佛分类法的历史地位。在接下来的十年里她又对这个星表进行了修订和扩充。在1936年完成了亨利-德雷珀扩充星表(The Henry Draper Extension),星数达到272150颗,仍沿用HD编号。在这之后坎农又计划将星表扩充到更暗的星等,但是因为二战时期经济困难,工作进展缓慢,而坎农在1941年便离开了人世。她的继承者,另一位女天文学家Margaret Walton Mayall整理完成了其余的部分,增加了86933颗恒星的位置,星等,自行和光谱等数据,在1949年发表,称作德雷珀增补星表(Henry Draper Extension Charts)

在那个没有计算机的时代,正是这些不为人知的女天文学家们凭借她们的耐心和智慧,带我们从堆积如山的数据中走出来。

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