天文史上的驚喜：女博士那年的發現剛剛獲300萬美元科學大獎

約瑟琳·貝爾·伯奈爾

撰文 | 趙亞傑

責編 | 李曉明

知識分子為更好的智趣生活 ID：The-Intellectual

2018年9月6日，科學突破獎基礎物理特別獎授予了現就職於牛津大學以及鄧迪大學的約瑟琳·貝爾·伯奈爾教授，獎金為300萬美元，以表彰她1967年探測到了來自於快速旋轉的超密集中子星的無線電信號，以及她一生中在科學界中所展現的非凡領導力。

貝爾·伯奈爾教授將出席於2018年11月4日在舊金山舉行的2019年科學突破獎頒獎典禮，與本年度的基礎物理獎、生命科學獎、數學獎以及新視野獎得主一同接受獎項。

當得知自己獲獎的消息後，貝爾·伯奈爾教授表示：「我必須承認我竟不知道說些什麼。這樣的事情在我最瘋狂的夢中都沒有發生過，真的讓我大吃一驚。」 與此同時，她已經決定將這300萬美元獎金捐給英國物理學會為那些在物理領域被忽視的人提供博士獎學金。

「貝爾·伯奈爾教授完全值得這一肯定。她的好奇心、勤奮的工作以及嚴謹的分析揭開了那些宇宙中最有趣也最神秘的事物的面紗。」科學突破獎創始人之一的尤里·米爾納這樣評價她。

貝爾和她的導師Hewish站在他們建造的行星際閃爍陣列前

五十年前，當時就讀於劍橋大學還是研究生的約瑟琳·貝爾·伯奈爾和她的博士導師安東尼·休伊什一起進行研究。當她分析由自己組裝的一種新的射電望遠鏡的數據時，發現了一個意外的信號——一種規律的射電脈衝。憑藉著她的洞察力以及堅持不懈的態度，她分析出了信號的特徵並表明這是一種來自於太空的信號。這一信號，正是來自於後被稱為「脈衝星」的天體。

上圖：1967年8月，貝爾在數據帶上小於1英尺的區域發現了奇怪的「頸背」圖案，由此開啟了脈衝星的發現；下圖：11月份高速記錄儀看到的周期性脈衝信號

脈衝星是一種高度磁化且快速旋轉的超密星，即物理學家曾經預言的超級質密的中子星。他們的發現是天文史上最大的驚喜之一，以一種戲劇性的方式將科幻小說變成了現實。後來通過研究脈衝星而得出的許多結論，都是對於愛因斯坦相對論的有力檢驗，並且為宇宙中重元素的起源提供了新的解釋。最近最廣為人知的科學事件——引力波的發現，也少不了脈衝星的身影，兩顆中子星（脈衝星）的碰撞聚合被LIGO的引力波探測到，並且在許多其他的天文台也觀測到了其產生電磁波信號，從而驗證了引力波的存在。

當脈衝星快速旋轉時，他們會發出無線電波、可見光、X射線或伽馬射線，猶如燈塔光束掃過天空。這些脈衝的規律性使脈衝星就像一個精確到千萬億分之一的自然時鐘，這意味著今天活躍的脈衝星自恐龍時代起僅減慢了大約一秒鐘。由於這些特性，脈衝星幫助天體物理學家繪製了我們所在的星系和可見宇宙。

脈衝星輻射的想像圖。脈衝星從磁極兩端噴出高速帶電粒子，形成的輻射束跟隨脈衝星一起旋轉，當輻射束掃過觀測著的視線的時候就能觀測到脈衝信號。

憑藉著這一發現，貝爾的導師安東尼·休伊什與馬丁·賴爾被共同授予了1974年諾貝爾物理學獎。雖然約瑟琳·貝爾·伯奈爾在脈衝星的發現過程中有著不可或缺的貢獻、並且在發現脈衝星的論文作者中排名第二，但是竟然無緣諾貝爾物理學獎。

「約瑟琳·貝爾·伯奈爾對於脈衝星的發現將永遠成為天文史上最偉大的驚喜之一，」評審委員會主席愛德華·威騰這樣評價貝爾·伯奈爾教授的發現。「直到那一刻，如果中子星真的存在的話，沒有人有任何關於如何觀測到中子星的想法。突然間，大自然提供了一種難以置信的來探測他們精準的方法，而這直接促成了之後的許多進步。」

半個世紀以來， 貝爾·伯奈爾一直投身於天文事業之中，在不同的研究機構教授課程並且擔任領導職務，比如她是位於夏威夷的James Clerk Maxwell望遠鏡的項目負責人。她也是科學、教育以及STEM課程堅定不移的擁護者，她曾經擔任過皇家天文協會主席，她同時也是英國物理學會和蘇格蘭皇家學會第一位女性主席，並且參與發起了旨在提高女性在學術界地位的「雅典娜天鵝計劃（Athena Swanprogramme）」 。她目前還是牛津大學天體物理學的客座教授同時也是鄧迪大學的校長。

不同於科學突破獎基礎物理獎每年定期頒發一次且主要關注最近的科學發現，科學突破基礎物理特別獎可以在任何時候頒發，以表彰那些人類歷史上的非凡科學成就。此前獲得這一獎項的科學家包括史蒂芬·霍金，七位來自於CERN發現希格斯·玻色子的科學家，以及參與到LIGO之中為探測到引力波而做出貢獻的所有科學家。

科學突破獎的獎金由谷歌公司創始人之一謝爾蓋·布林、Facebook創始人馬克·扎克伯格及其妻子，騰訊創始人馬化騰，俄羅斯互聯網投資公司ＤＳＴ創始人尤里·米爾納及其妻子，物理學家安妮·沃西基共同贊助，是全球獎金最高的科學獎項。今年也是科學突破獎頒發的第七個年頭，這一獎項旨在表彰世界最頂級的科學家，獎項包括生命科學獎（每年最多四名獲獎者），基礎物理獎（每年一位獲獎者）以及數學獎（每年一位獲獎者），每個獎項獎金為300萬美元。此外，還有最多三名「新視野物理獎」得主以及最多三名「新視野數學獎」得主。獲獎人將出席全球直播的頒獎儀式以慶祝他們的成就並啟迪下一代科學家。中國物理學家王貽芳曾獲得過2016年的基礎物理獎，青年數學家惲之偉與張偉曾獲得過2018年的「新視野數學獎」。

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