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脉冲星之母 ——乔瑟琳·贝尔

一年一度的诺贝尔奖无疑是科学界最重要的奖项,然而,任何评奖都很难做到尽善尽美,诺贝尔奖的评选也会出现争议。

回顾历年诺贝尔奖的评选,1974年,英国女天文学家乔瑟琳·贝尔错失诺贝尔物理学奖的戏剧性经历,可以说是科学史上最不公平的一次颁奖。如今,诺贝尔奖刚刚颁布,余热未消,乔瑟琳·贝尔的人生故事此时听来,不失为我们理解诺贝尔奖的另一扇窗口。

做苦工的博士生

1965年,年轻的乔瑟琳·贝尔从格拉斯哥大学物理系毕业,来到剑桥大学继续攻读博士学位。出于对天文学的兴趣,她选择了天文学家安东尼•休伊什作为自己的导师。

5年前,天文学家在茫茫星海中发现了类星体,这类天体距离地球非常遥远,体积比星系小很多,却能够发出比星系明亮千倍的射电波段(主要是无线电波)的辐射。而且,类星体与恒星不同,其辐射闪烁不定,天文学性质十分怪异。许多天文学家对类星体很感兴趣,休伊什也不例外,他申请了一笔科研经费,打算建造一架大型射电望远镜,来观测闪烁的类星体。乔瑟琳初来剑桥,就赶上休伊什的科研项目启动,她便成为了建造射电望远镜的主力军。

在当时,射电天文学刚刚兴起,射电望远镜是一种新鲜玩意,建造起来颇费力气。为了接收、捕捉不可见的射电辐射,射电望远镜需要使用金属天线。当来自太空的无线电波与天线相遇时,金属天线会产生震荡电流,这些电流被放大后记录下来,就可以进行处理。天线越长,金属截取的无线电波就越多,产生的振荡电流也就越大。因此,休伊什计划中的射电望远镜,其实主要是一片广阔的天线网阵——网阵占地面积达到了1.8万平方米,网阵中立起1000多个3米高的柱子,支撑着共120千米长的天线。整套天线网阵随着地球的自转,就可以扫描天空中的一片区域。

乔瑟琳日日与钳子、锤子、扳手为伴,用了两年的时间,把这120千米长的天线正确地连接起来,并为之装配了精密的信号放大器和信号接收器。1967年7月,这架自制望远镜正式投入使用。乔瑟琳做了两年艰苦的体力劳动后,终于有条件做些脑力劳动了。

遥远星空的“小绿人”

射电望远镜已就位,接下来的工作自然是用它扫描天空,获取观测数据。在20世纪60年代,用计算机做数据处理尚未成为主流,并且考虑到有些数据需要人脑分析才能发现其意义所在,乔瑟琳便使用图表记录机器将观测数据打印在纸上,然后人工处理、分析。这样的工作常常是枯燥的。记录在纸上的天文数据充满了上下振动的曲线,长得就像心电图一样,机器将数据源源不断地绘制出来,长达数千米的记录纸很快装满了纸盒。贝尔每日竭尽所能地逐页处理,也只能处理数米“心电图”。繁重的工作持续了一个月,乔瑟琳陷入了汪洋大海般的数据中,但她没有头昏脑涨,反而头脑出奇地清醒。

1967年8月6日,乔瑟琳在图表记录机器打出的曲线中发现了不同寻常的东西。在100多米长的数据带上,有一段1厘米左右的奇怪图案会周期性地出现,乔瑟琳形象地称这种图案为“后颈”,它意味着一种神秘的脉冲信号正有规律地每隔1.33秒重复地出现。乔瑟琳无法解释这种信号,她找到了休伊什,说数据中有“一些稀奇的东西”。休伊什看过之后,凭借经验迅速做出了结论,认为那不过是天空某种人造飞行器(比如卫星)发出的干扰信号。

但乔瑟琳并不太确信休伊什给出的解释,她决定继续跟踪下去。随后的数周,在同一时间、同一天空区域,相同的神秘脉冲信号再次出现。很快,乔瑟琳确定该信号来自于太阳系外,不是地球飞行器所为。这么规律的信号在天文观测中还从来没有过先例,乔瑟琳不禁怀疑,莫非是有外星人正在给地球发信息?于是,她根据科幻电影中外星人惯常的形象把这个信号命名为“小绿人”。

乔瑟琳很懊恼,她一门心思只想尽快收集到足够的类星体数据,以便能够完成博士论文,没想到“小绿人”会冒出来捣乱,让她产生困扰。休伊什决定召集科学界的大人物开会,商议如果真的发现外星人该如何知会政府、告知公众。乔瑟琳则回到办公室,继续埋头分析她的纸堆。

功夫不负有心人,乔瑟琳在纸堆中又找出了另外3组类似的脉冲信号,分别来自完全不同的太空方位。这让乔瑟琳确信,“小绿人”不会是外星人的信号,因为彼此相距遥远的4种外星人不可能不约而同地采用同样的方式来联络地球人。至此,萦绕在贝尔心头的疑问被解开了:如果信号来源不是外星人,那一定是一种全新的天体,而自己则有幸第一次发现了它们。

1968年1月,一篇题为“快速脉冲射电源的观察报告”的论文投递给了《自然》杂志,乔瑟琳是第二作者,休伊什作为导师,是第一作者(如果按照如今的习惯,乔瑟琳毫无疑问是第一作者),仅仅两周后,论文就发表了。天文学界有如一石激起千层浪,引得科学家提出许多理论来解释“小绿人”的源头。1968年,美国天文学家托马斯·戈尔德的中子星理论最终得到了共识,即,乔瑟琳和休伊什发现的信号来自中子星,而且信号呈现一闪一闪的脉冲形式,是由于中子星高速自转而引起的。

所以,乔瑟琳和休伊什发现的脉冲星被确认为中子星,这被认为是20世纪射电天文学四大发现之一,其他三个重大发现是类星体、微波背景辐射和星际分子。这一年,乔瑟琳也顺利地通过了毕业论文的答辩,拿到了博士学位。

没有贝尔的诺贝尔奖

离开剑桥大学后,乔瑟琳突然从天文学界销声匿迹,不见了踪影。原来,1968年,乔瑟琳结婚了,她的丈夫是政府部门的工作人员,常常到处调动。婚后,乔瑟琳随着丈夫在英国各地迁来迁去,偶尔做点兼职教学,不再涉足科学研究,渐渐被许多人淡忘。

6年后,英国科学家马丁·赖尔和休伊什共同获得诺贝尔物理学奖,前者由于改进了射电望远镜获奖,休伊什因为发现脉冲星获奖,而事实上最先发现脉冲星的乔瑟琳,则被排除在获奖名单之外。由于乔瑟琳的落选,那一届诺贝尔奖引起了国际天文学界巨大的争议,被称为“没有贝尔的诺贝尔奖”。此后的几十年间,乔瑟琳不断被问起自己对错失诺贝尔奖的看法,然而她本人并不愿意卷入到争议之中,很少表态。

尽管乔瑟琳被诺贝尔奖忽视,天文学界仍然将她誉为“脉冲星之母”。2018年9月6日,乔瑟琳获得了科学界奖金最丰厚的奖项——“基础物理学特别突破奖”,奖金300万美元。这或许算是对乔瑟琳的一种补偿吧。

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