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世界各国都有哪些天才神童?

2016-07-04数码

介绍一个非常冷门的少年天文学家,18世纪末的英国聋哑 [1] 天文学家John Goodricke(1764-1786)。

为啥叫「少年」呢,他因为肺炎去世 [2] 的时候,只有21周岁;而根据他的观测记录,他正式的天文观测是17岁开始的—— 他的全部职业生涯,就集中在17-21岁这短短4年多的时间里

而他在短短几年内取得的天文学成就,却为他在去世前夕赢来了英国皇家学会会员的身份,足以称之为「天文学家」了。

成就:开辟了天文的一个子学科

我们知道有一类恒星的亮度会发生变化,也就是所谓的「变星」。不晚于中世纪的天文学家已经知道几颗亮度变化的恒星,但是他们并没有以科学方法具体观测、记录这些恒星的亮度变化。

而John Goodricke则可以说是 变星这个研究领域的开创者 ——他在短暂的生命里记录、研究过的变星, 涵盖了最重要的两种变星 :食变双星和造父变星。

食变双星的代表——大陵五

他测量的周期比现代值只差8秒!

他研究的第一个重要变星是英仙座 β(上图中的Algol),中文名「大陵五」。这是一颗能在2.1等到3.4等之间光变的恒星——相当于亮度变化3倍多,肉眼看也非常明显。

而且这颗星的光变很有特点:

大部分时候亮度比较稳定,偶尔会突然快速变暗,再快速变亮。

当时Goodricke精确地测量了这颗星的光变周期。更重要的是,他就光变原因提出了猜想,认为可能有两种原因:

  1. 这颗星带有行星,偶尔会遮挡母星
  2. 这颗星有一个大黑子,周期性转过来造成亮度下降

后来他的发现被转到当时英国天文学大佬赫歇尔那里,赫歇尔觉得应该是第二种解释比较靠谱,年轻的Goodricke也就没再坚持。但后来我们知道,第一种解释更接近事实真相。

实际上大陵五是在一个双星系统中 [3] ,轨道平面侧对地球。这样每次比较暗的大陵五B(黄色)转到比较亮的大陵五A(蓝色)前面时,会遮挡住A的光,导致整体亮度大幅下降。

这在现代大望远镜得到的画面中看的很清楚:

能发现这样一种类型的变星并且给出非常接近事实的解释,已经足以名垂天文学史了。

而这位开挂的小兄弟,还发现了一颗另一种类型的变星——

造父变星的代表——造父一

这是哈勃发现宇宙的工具!

造父一是仙王座δ的中文名,这颗变星也是Goodricke发现的。而它的光变规律,和食变双星明显不同:

缓慢变暗-快速变亮,如此循环。

后来天文学家发现这类变星有很多,而且有个特别显著的特点——它的亮度(消除距离因素后的亮度,也就是光度),和周期有关。

光变周期越长,也就越亮。

这个规律太有用了,可以用它计算造父变星的距离,从而让天文学家获得一把丈量宇宙的尺子。

后来哈勃就是用这招,判断出了仙女座大星云不是个星云,而是个星系。

又用这招,发现了宇宙膨胀。这是后话。

一个5岁就失聪的聋哑人,15岁开始学天文、17岁开始科学观测,为什么能在短短4年的职业生涯中,做出这样重大的发现?

其实没必要用「天才神童」来解释。要解释的话,除了当然要肯定他个人的求知欲、毅力、敏锐和科学思维,还应该说明他超越绝大部分同时代人的家庭条件:

1、他有个天文学家邻居、发小、远房亲戚

叫Edward Pigott ,比他大11岁。正是他带领Goodricke开始正式的天文观测,两人也经常一起讨论观测中的发现,以及背后的原因。

而且实际上第一个被发现的造父变星就是Edward Pigott发现的天鹰座η,随后几个月才有Goodricke发现造父一。只不过后来这一类变星用Goodricke的发现来命名而已。

而Edward Pigott的父亲,Nathaniel Pigott ,也是个天文学家,而且跟赫歇尔关系不错。Goodricke后来成为英国皇家学会的会员,就是Nathaniel Pigott等人提名的。

2、他生于世家望族

1533年,Goodricke家族就有个Thomas Goodricke,当了剑桥郡宗教重镇Ely的大主教。就是在这座宏伟的教堂:

大主教的兄弟Henry Goodricke,成为下面这个大house的总管,后来家族就定居在此:

1641年,Goodricke家族的一个祖宗,也叫John,在英国内战前夕,因为辅佐国王有功,成为家族第一代男爵。

第二代Goodricke男爵在1680年前后担任过英国驻西班牙大使;

少年天文学家的爷爷在1770年前后担任过英国驻瑞典特使;

少年天文学家的父亲当过国会议员、枢密院成员。

这样的家庭背景,让一个18世纪的聋哑儿童,可以在专门的聋哑学校学习,得到良好的基础教育。可以让天文学家父子悉心传帮带,及时写推荐信、提名信。

15岁时,Goodricke的天文学课程笔记

是不是神童不敢说,但确实——

比你有钱,还比你努力。

参考

  1. ^ 5岁时得猩红热导致失聪
  2. ^ 相传是经常半夜进行天文观测冻病的
  3. ^ 实际上是三星系统,但是第三颗比较远先不考虑了