那位發現暗物質的「女神」的故事

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著名女天文學家薇拉·魯賓於2016年12月25日逝世，享年88歲，她因確認暗物質存在的革命性貢獻而聞名於世。

「暗物質之母」和早期宇宙

編譯：解仁江 | 配圖：解仁江 | 視頻合成：王紀堯

魯賓有次說過：「在漩渦星系裡，暗物質和可見物質的比值是10，這其實也我們人類的無知和已知的比值，我們的確已經從幼兒園畢業了，但也只是上了小學三年級。」

謹以此文獻給薇拉

注意：文後有精彩的關於早期宇宙的視頻！

著名女天文學家薇拉·魯賓於2016年12月25日逝世，享年88歲，她因確認暗物質存在的革命性貢獻而聞名於世。

薇拉在洛威爾天文台

薇拉·魯賓對天體運動的熱愛始於1938年，那年她才10歲，她家從費城搬到華盛頓特區，在那裡她有了一間朝北的卧室，晚上能看見星辰旋轉，對地球運動的理解讓薇拉很快難以自拔。四年後，她和他父親一起製作了自己的望遠鏡，並開始參加各種天文愛好者的聚會。

魯賓循著瑪麗亞·米歇爾的腳步——她是世界上第一位職業女天文學家，進入了紐約州波基普西市的瓦薩學院。在那裡的一個暑假，她認識了鮑勃·魯賓，來自康奈爾大學的研究生，她一畢業他們就成了婚。

喬治·伽莫夫

魯賓在康奈爾大學拿到了碩士學位（其實她的夢想是進入普林斯頓大學，但當時該校不接受女性學生）他的丈夫則拿到了博士學位。夫妻倆隨即搬到了馬里蘭，在那裡鮑勃在應用物理實驗室有了一份新工作。由於辦公室安排的一次機會，著名的物理學家喬治·伽莫夫得知魯賓攻讀碩士期間在星繫上的研究工作，要求和她談話。這真是一次意外的好運氣，最終讓魯賓得以在喬治敦大學跟著伽莫夫取得了她的博士學位。她1945年的論文在星系空間分布的課題上獲得了新的突破。

魯賓博士畢業後隨即就進入了喬治敦大學工作，但成績平平。她把精力都放在了養育四個孩子上，他們後來都成了科學家，2002年《科學》雜誌採訪她時，她說到：「我其實花了很長時間才確認自己成為了真正的天文學家」。

當她到馬里蘭就變了一個人，她帶著強烈的願望走進卡內基的地磁學系要了一份工作，接下來的幾年裡，他和肯特·福特合作一起奔波於亞利桑那州的基特峰國立天文台和智利托洛洛山天文台進行觀測。到了1965年她甚至成為唯一有權使用南加州帕洛瑪山天文台望遠鏡的女性。

新工作讓魯賓重新燃起對星系內部恆星運動的研究的興趣。藉助新的技術進步，她得以對星系外圍的旋轉進行研究。星系外圍恆星的旋轉讓魯賓萌生出一個卓越的發現：物質中的大部分是不可見的。

弗里茨·茲威基

1993年，瑞士天文學家弗里茨·茲威基觀測了后髮座星系團，直徑大約5000萬光年，這個星系團擁有幾千個星系。他發現這些星系在星系團里快速移動著，這樣的速度下它們應該早就四散飛離。那樣的速度下這些可見物質靠著它們自身的能量不足以讓這個星系團內的星系繼續聚在一起，但這個星系團就是這麼穩定。

茲威基斷定一定有種隱藏著的成分，他稱之為dunkle Materie（德文暗物質）將這些星系吸引在一起。

這個課題之後的30年內一直沒有引起多大關注。是魯賓和福特以及他們的同事收集到了這些獨立星系的旋轉和預測出來不同的更深入的證據。因為大多數星系都有一個明亮的凸起來的中心，那裡是密集的大量恆星，星系暗弱的邊緣的恆星則相對少得多。天文學家們大膽假定整個星系的物質都集中在它的中心位置，當時很自然的結論就是星系應該像我們的太陽系一樣旋轉，內行星比外行星沿軌道的運動更快。

旋轉速率顯示了隱藏的物質

這張圖表引自魯賓1978年的論文，顯示他們研究過的10個星系中的7個的旋轉速率。如果可見物質是唯一物質的話，這個曲線將向右側急轉直下。扁平的曲線暗示著假設我們對引力的理解是爭取的，星系中一定有看不見的物質存在。

1978年的《天體物理》雜誌郵件上，星系旋轉的曲線——圖表是恆星軌道速度比上它們距離星系中心的距離。

所有的旋轉曲線都是相對平緩的，遠離星系中心的恆星，位於恆星稀少的星系外圍，和距離星系中心更近的恆星旋轉的速度一樣快，這個課題組計算的結果顯示，這些星系包含的暗物質是可見物質的10倍。

之後的十多年裡，魯賓繼續研究這數以百計的星系，收集著關於暗物質更多的證據。儘管自然界暗物質到今天還是未解之謎，但它已經成了天文學最時髦的名詞。那些繼續研究暗物質的學者也多踩著魯賓曾經的腳印，而理論物理學家則渴望能夠解釋它的存在。

薇拉·魯賓的對科學的熱忱擴展到了她的家庭。她的四個孩子都成為了科學家，茱蒂絲·楊曾是位於阿默斯特的馬薩諸塞大學的天文學家，直到她2014年因癌症英年早逝；大衛·魯賓現在是美國地質勘探局的地質學家；卡爾·魯賓是加州大學歐文分校的數學家；艾倫·魯賓則是普林斯頓大學的地質學家。

她的丈夫是著名的數學家和物理學家，也曾是她最大的支持者，直到2008年去世。

魯賓憑藉她的成就在1981年進入美國國家科學院（第二位女性天文學家），1996年她成為繼1828年卡洛琳·赫歇爾獲得英國皇家天文學會金質獎章後第二位獲此殊榮的女性天文學家。她反覆呼籲更多的女性從事科學研究工作，可惜的是她最終沒能獲得諾貝爾獎，很多人認為她當之無愧。

很多人因為她的偉大發現頌揚她，因為她作為女性在科研領域的先行者地位稱讚她，因為她能夠將事業和家庭的關係處理得很好而佩服她。她已經成為她深愛的天文學領域的最偉岸的楷模，她童心未泯般的好奇心和貫穿一生的人生奇蹟將鼓勵著更多的來者！

本文根據Shannon Hall的文章編譯。

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