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| 弗里茨·茲威基 | |
|---|---|
| 原文名 | Fritz Zwicky |
| 出生 |
1898年2月14日 保加利亞的瓦爾納 |
| 逝世 | 1974年2月8日 |
| 國籍 | 瑞士國籍 |
| 教育程度 | 瑞士的蘇黎世聯邦理工學院 |
| 職業 | 瑞士天文學家 |
| 知名作品 |
形態學天文 星系和星系團總表 緻密星系 星系的緻密部分 爆發星系和爆後星系表 |
茲威基1898年出生於保加利亞的瓦爾納，父母是瑞士人。1920年茲威基畢業於瑞士的蘇黎世聯邦理工學院，1922年在該校獲得博士學位。1925年前往美國加州理工學院，1942年成為天體物理學教授。同時他也在威爾遜山天文台和帕洛馬天文台工作。
簡介
弗里茨·茲威基(Fritz Zwicky，1898年2月14日-1974年2月8日)，瑞士天文學家，他的一生幾乎都在加州理工學院工作，在理論和觀測天文學上，包括超新星、星系團等方面做出了重要的貢獻。
茲威基1898年出生於保加利亞的瓦爾納，父母是瑞士人，從小在瑞士長大。1920年茲威基畢業於瑞士的蘇黎世聯邦理工學院，1922年在該校獲得博士學位。1925年前往美國加州理工學院，1942年成為天體物理學教授。同時他也在威爾遜山天文台和帕洛馬天文台工作。
茲威基不同意勒梅特和哈勃關於星系的紅移起源於宇宙膨脹的解釋，於1929年提出紅移是由於光子在穿越宇宙到達地球時，由於引力場的存在，逐漸損失了能量而形成的，但是這種觀點並不為大多數天文學家所接受。
1933年，茲威基在研究后髮座星系團時，首先應用維里定理得出結論認為存在不可見的物質，即現在所說的暗物質，而這在當時並沒有引起重視。1934年，他和同事沃爾特·巴德在《國家科學院學報》上發表文章，提出了"超新星"一詞，用於描述正常恆星向中子星的轉化過程，同時解釋宇宙線的起源。這在當時是非常驚人的觀點。1935年，在他和巴德的共同倡議和推動下，第一台施密特望遠鏡在帕洛馬天文台建成，口徑為45/65厘米。這台望遠鏡具有的非常大的視場，特別適合巡天觀測。茲威基用它在河外星系中尋找超新星。1935年到1940年期間，茲威基用它發現了14顆超新星，占1930年代人們發現的超新星總數的一多半。他還與當時同在威爾遜山天文台的哈勃、巴德、魯道夫·閔可夫斯基等人合作，記錄了大量超新星的觀測資料。茲威基一生總共發現了122顆超新星，[1]
茲威基是中子發現初期少數認同存在中子星這一觀點的科學家之一。1934年，他與巴德共同發表文章稱，中子簡併壓能夠支持質量超過錢德拉塞卡極限的恆星[2]。後來，茲威基將研究重心轉移到了星系團方面，並於1961年到1968年編纂了包含9314個星系團的星系和星系團總表(CGCG)。此外，他還於1937年提出了星系團可以作為引力透鏡的設想。
茲威基還倡導形態學的研究方法，著有《形態天文學》(Morphological astronomy)等著作。
雖然茲威基一生大部分的時間在美國工作，但他一直保留了瑞士國籍。1974年2月8日，茲威基在美國加利福尼亞州的帕薩迪納去世。為紀念他，第1803號小行星和月球上的一座環形山以他的名字命名。
學術上的成就
茲威基和他的同事沃爾特·巴德，於1953年率先在天文台的最高峰上使用施密特望遠鏡。他親手將巴納德施密特拋光處理的鏡片從德國帶回來。在1943年，他和巴德提出超新星這個名詞，並且假設它們是由普通的恆星轉變成為中子星，並且是宇宙線的來源。他有先見之明的洞察力，對之後幾十年在宇宙年齡和大小的測量，有着深遠的影響。
標準燭光
在1938年，茲威基的同事沃爾特·巴德建議使用超新星做為估計遙遠深空距離的標準燭光，因為Ia超新星顯示一種共通的光度峰值。他們建立了眾所周知的宇宙距離尺度的內稟光度。
重力透鏡
在1937年，茲威基指出，以之前發現的愛因斯坦效應，星系團可以做為重力透鏡 。但直到1979年觀測到被稱為"雙類星體"的Q0957+561，這種效應才獲得證實。
發現暗物質
"暗物質"研究的最新進展和中國有關。紫金山天文台與國外同行合作，發現了一種物質，可能是"暗物質"粒子湮滅的產物。當2009國際天文年到來，從天文學研究到科幻故事，"暗物質"話題將更為科學家、普通天文愛好者所津津樂道，但在1933年，卻幾乎沒有人願意像弗里茨·茲威基一樣，相信宇宙的大部分質量是人們看不到的。
如果要列出"20世紀最受冷落科學家"的名單，弗里茨·茲威基(FritzZwicky)肯定會排得靠前。儘管在宇宙學領域，他的位次可能緊跟阿爾伯特·愛因斯坦。在科學史上尋找這個瑞士天文學家，倒有點像在宇宙中間尋找他提出的"暗物質"--由於"暗物質"既不發散光，又不吸收光，也不反射光，人們根本看不見它。或許茲威基的想法超越了他的時代。但假如這個科學家的個性不那麼古怪的話，不知道他的名字是否還會在70多年中被同僚無視。
"下落不明的質量"
20世紀，天文學的許多重大發現同位於加州的威爾遜山有關。在1917~1947年間，當時世界上最大的天文望遠鏡就在威爾遜山上，口徑有100英寸，著名的愛德溫?哈勃(EdwinP.Hubble)通過它觀測到星系正離我們遠去，提供出一幅宇宙膨脹的圖像，暗示存在着一個"大爆炸"的時刻。茲威基覺得，那時的威爾遜山就是"宇宙的中心"。威爾遜山距離茲威基任職的加州理工大學(Caltech)不遠，從學校操場就可以遙望這座山清晰的輪廓，這讓他時常想起多山的瑞士老家。1925年，獲得1922年諾貝爾物理獎的密立根教授引薦他來到這裡。換成別人一定會為教授的器重而感激和榮幸，然而茲威基對於這位推薦者的態度卻很不屑，甚至當面指責密立根"從未提出過好的想法"。當密立根善意地提醒這個年輕人要先自我反省時，茲威基卻宣稱自己不必擔心，因為"每隔兩年就能蹦出好點子"。他這麼說或許不完全是吹牛，在1933年，茲威基腦子裡就冒出了"暗物質"的點子。
"遙遠的星系團里有一些物質很獨特，它們既不發光，也不吸收光、反射光……"茲威基的意思是，宇宙中存在你我看不到的物質，但它們有質量。事實上，暗物質不僅擁有質量，它的質量甚至是可見物質的6倍，占到宇宙物質成分的24%;另外72%是暗能量，一種充溢宇宙空間的能量形式，同樣不可見。在進入21世紀前，人們竟然被告知，可見的一切在茫茫宇宙的質量劃分中都不能占到多數。"要承認我們宇宙超過90%都看不到多少有些尷尬"，華盛頓大學的教授布魯斯·珈諾(BruceMargon)在《紐約時報》上說，"大自然在嘲笑人類，它把宇宙的絕大部分藏了起來。"
但茲威基還是找到了它。1933年的美國經濟大蕭條似乎同這個對星星着迷的35歲男人毫無關係，當時他把注意力完全放在了后髮座星系團(ComaCluster)上。這個星系團就在我們熟悉的獅子座附近，由1000個大星系、30000多個小星系組成。據說，得名自一個與埃及法老托勒密三世王后的頭髮有關的傳說。對神話故事，茲威基當然不關心，他的憂慮在一堆寫着密密麻麻數字、符號的算草紙上。
要測量星系團的質量，一般有兩種方法。"動力學質量"計算，需要的數據是各星系之間的相對速度和平均速度，而"光度學質量"要求測量各星系的光度。茲威基分別利用這兩種算法計算后髮座星系團的質量，結果不可思議:"動力學質量"是"光度學質量"的400倍!為什麼后髮座星系團有99%的質量"下落不明"?難道"動力學質量"中用到的牛頓運動定律不再適用?或者，星系團的主要質量並不是由可視的星系貢獻的?茲威基用他那最具幻想力的頭腦做出了以下推測:宇宙大部分質量不可見，因此光度方法測算不出。於是，[2]
似乎大多數人還是信奉"眼見為實"。在當時，"暗物質"這個概念被徹底忽略了。相反，茲威基本人的惡名倒比"暗物質"的名稱傳播得快。
"暗物質"帶給茲威基的無奈在於它無法觀測，但"超新星"不一樣，一億顆太陽的亮度不會被無視。1936年，茲威基說服加州理工大學，在威爾遜山東南方的帕洛馬天文台上建起了口徑48英寸的施密特望遠鏡。人們可以大概猜出茲威基的目的:施密特望遠鏡比其他望遠鏡有更大的清晰視場，特別適合巡天觀測。比如，尋找超新星。施密特望遠鏡架在帕洛馬天文台屋頂開口的下面，就像一門對準星空的白色大炮。茲威基已經習慣跟這個龐然大物在一起，當他一次次將眼睛對準目鏡，他所發現的"超新星"的數量也在增加。1935年到1940年之間，這個數字是14顆，占人們發現超新星總數的一多半。他一生中總共發現了122顆"超新星"，這一紀錄直到2006年才有人打破。人們不禁疑惑，他在數星星這件事上表現出的執著會不會是"暗物質"那件事上壓抑的一種釋放。
主要貢獻
茲威基的主要貢獻是對超新星現象的研究。他曾在1934年和巴德一起確認宇宙中有比新星更激烈﹑釋放能量更多﹑光變幅更大的災變天體。例如﹐銀河系內1054年﹑1572年和1604年觀測到的客星﹐仙女星系中1885年出現的比典型新星亮一萬倍的"新星"﹐他把它們定名為超新星。室女星系團照相巡天搜索河外星系超新星。1936年在他的倡議下﹐美國帕洛馬山天文台建成45/65厘米施密特望遠鏡﹐這在當時是世界上威力最大的廣角天體照相儀﹐立即將它投入河外星系巡視。到1941年為止﹐在茲威基主持下﹐用它發現18個超新星(同時還用100英寸望遠鏡發現了另一個超新星)﹐而前人總共只是偶然觀測到12個。根據巡天觀測﹐推算出平均每一個河外星系﹐每三百年產生一次超新星爆發。這個爆發頻率值在以後的四十年一直與觀測資料相符。從三十年代起﹐茲威基每當發現一個河外星系超新星﹐即和威爾遜山天文台的哈勃﹑巴德﹑R.閔可夫斯基周密觀測爆發過程中的光度和光譜﹐積累了大量資料。後來﹐他提出根據光變曲線﹑譜線特徵﹑膨脹速度等因素﹐將超新星分類。從1958年起他主持 120/180厘米施密特望遠鏡的遙遠星系團超新星巡天﹐作為該台的常規科研項目﹐一直持續到逝世之後的1975年﹐共達18年。1959年他倡議並組織國際超新星聯合觀測o全世界先後有十多個天文台參加。他一生共發現超新星122個﹐占當時超新星總數的30%。
茲威基在星系方面也做了很多工作。他和沙普利曾分別發現星系成團傾向﹔他還認為星系之間有瀰漫星群以及由氣體和塵埃組成的雲。
他認為宇宙物質的演化是沿著從稀到密和從密到稀兩個方向進行的﹐超新星爆發是雙向演化的典型﹕一方面外部物質拋散到空間﹐另一方面內部物質收縮為緻密天體。根據這思想﹐他預言應有中子星存在﹐還預言可能有整個星系核的大規模爆發。他一生倡導形態學研究方法﹐著有《形態學天文》以及大量關於超新星的論述。他主編《星系和星系團總表》六卷﹐《緻密星系﹑星系的緻密部分﹑爆發星系和爆後星系表》。
大事記
- 1933 發現暗物質。[3]
- 1934 與Walter Baade發明"supernovae"這個詞，並猜測其產物是中子星。後獨立發現了120顆超新星。這個記錄也許永遠也破不了，因為雖說發現速度指數增長，但基本不是一個人的事了。
- 1937 提出星系團可用作引力透鏡。
- 1938 與Walter Baade 提出把超新星當作標準燭光來估計宇宙尺度的距離。
- 1943-1961 為Aerojet 顧問，有50多專利包括 JATO。[4]
- 1942-1968 Caltech 教授。
- 1961-1968 與人合編六大卷星系目錄，其中的星系人稱 Zwicky galaxies。
- 1969 著書倡導天文中的形態分析。[5]