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| 弗里茨·兹威基 | |
|---|---|
| 原文名 | Fritz Zwicky |
| 出生 |
1898年2月14日 保加利亚的瓦尔纳 |
| 逝世 | 1974年2月8日 |
| 国籍 | 瑞士国籍 |
| 教育程度 | 瑞士的苏黎世联邦理工学院 |
| 职业 | 瑞士天文学家 |
| 知名作品 |
形态学天文 星系和星系团总表 致密星系 星系的致密部分 爆发星系和爆后星系表 |
兹威基1898年出生于保加利亚的瓦尔纳，父母是瑞士人。1920年兹威基毕业于瑞士的苏黎世联邦理工学院，1922年在该校获得博士学位。1925年前往美国加州理工学院，1942年成为天体物理学教授。同时他也在威尔逊山天文台和帕洛马天文台工作。
简介
弗里茨·兹威基(Fritz Zwicky，1898年2月14日-1974年2月8日)，瑞士天文学家，他的一生几乎都在加州理工学院工作，在理论和观测天文学上，包括超新星、星系团等方面做出了重要的贡献。
兹威基1898年出生于保加利亚的瓦尔纳，父母是瑞士人，从小在瑞士长大。1920年兹威基毕业于瑞士的苏黎世联邦理工学院，1922年在该校获得博士学位。1925年前往美国加州理工学院，1942年成为天体物理学教授。同时他也在威尔逊山天文台和帕洛马天文台工作。
兹威基不同意勒梅特和哈勃关于星系的红移起源于宇宙膨胀的解释，于1929年提出红移是由于光子在穿越宇宙到达地球时，由于引力场的存在，逐渐损失了能量而形成的，但是这种观点并不为大多数天文学家所接受。
1933年，兹威基在研究后发座星系团时，首先应用维里定理得出结论认为存在不可见的物质，即现在所说的暗物质，而这在当时并没有引起重视。1934年，他和同事沃尔特·巴德在《国家科学院学报》上发表文章，提出了"超新星"一词，用于描述正常恒星向中子星的转化过程，同时解释宇宙线的起源。这在当时是非常惊人的观点。1935年，在他和巴德的共同倡议和推动下，第一台施密特望远镜在帕洛马天文台建成，口径为45/65厘米。这台望远镜具有的非常大的视场，特别适合巡天观测。兹威基用它在河外星系中寻找超新星。1935年到1940年期间，兹威基用它发现了14颗超新星，占1930年代人们发现的超新星总数的一多半。他还与当时同在威尔逊山天文台的哈勃、巴德、鲁道夫·闵可夫斯基等人合作，记录了大量超新星的观测资料。兹威基一生总共发现了122颗超新星，[1]
兹威基是中子发现初期少数认同存在中子星这一观点的科学家之一。1934年，他与巴德共同发表文章称，中子简并压能够支持质量超过钱德拉塞卡极限的恒星[2]。后来，兹威基将研究重心转移到了星系团方面，并于1961年到1968年编纂了包含9314个星系团的星系和星系团总表(CGCG)。此外，他还于1937年提出了星系团可以作为引力透镜的设想。
兹威基还倡导形态学的研究方法，著有《形态天文学》(Morphological astronomy)等著作。
虽然兹威基一生大部分的时间在美国工作，但他一直保留了瑞士国籍。1974年2月8日，兹威基在美国加利福尼亚州的帕萨迪纳去世。为纪念他，第1803号小行星和月球上的一座环形山以他的名字命名。
学术上的成就
兹威基和他的同事沃尔特·巴德，于1953年率先在天文台的最高峰上使用施密特望远镜。他亲手将巴纳德施密特抛光处理的镜片从德国带回来。在1943年，他和巴德提出超新星这个名词，并且假设它们是由普通的恒星转变成为中子星，并且是宇宙线的来源。他有先见之明的洞察力，对之后几十年在宇宙年龄和大小的测量，有着深远的影响。
标准烛光
在1938年，兹威基的同事沃尔特·巴德建议使用超新星做为估计遥远深空距离的标准烛光，因为Ia超新星显示一种共通的光度峰值。他们建立了众所周知的宇宙距离尺度的内禀光度。
重力透镜
在1937年，兹威基指出，以之前发现的爱因斯坦效应，星系团可以做为重力透镜 。但直到1979年观测到被称为"双类星体"的Q0957+561，这种效应才获得证实。
发现暗物质
"暗物质"研究的最新进展和中国有关。紫金山天文台与国外同行合作，发现了一种物质，可能是"暗物质"粒子湮灭的产物。当2009国际天文年到来，从天文学研究到科幻故事，"暗物质"话题将更为科学家、普通天文爱好者所津津乐道，但在1933年，却几乎没有人愿意像弗里茨·兹威基一样，相信宇宙的大部分质量是人们看不到的。
如果要列出"20世纪最受冷落科学家"的名单，弗里茨·兹威基(FritzZwicky)肯定会排得靠前。尽管在宇宙学领域，他的位次可能紧跟阿尔伯特·爱因斯坦。在科学史上寻找这个瑞士天文学家，倒有点像在宇宙中间寻找他提出的"暗物质"--由于"暗物质"既不发散光，又不吸收光，也不反射光，人们根本看不见它。或许兹威基的想法超越了他的时代。但假如这个科学家的个性不那么古怪的话，不知道他的名字是否还会在70多年中被同僚无视。
"下落不明的质量"
20世纪，天文学的许多重大发现同位于加州的威尔逊山有关。在1917~1947年间，当时世界上最大的天文望远镜就在威尔逊山上，口径有100英寸，著名的爱德温?哈勃(EdwinP.Hubble)通过它观测到星系正离我们远去，提供出一幅宇宙膨胀的图像，暗示存在着一个"大爆炸"的时刻。兹威基觉得，那时的威尔逊山就是"宇宙的中心"。威尔逊山距离兹威基任职的加州理工大学(Caltech)不远，从学校操场就可以遥望这座山清晰的轮廓，这让他时常想起多山的瑞士老家。1925年，获得1922年诺贝尔物理奖的密立根教授引荐他来到这里。换成别人一定会为教授的器重而感激和荣幸，然而兹威基对于这位推荐者的态度却很不屑，甚至当面指责密立根"从未提出过好的想法"。当密立根善意地提醒这个年轻人要先自我反省时，兹威基却宣称自己不必担心，因为"每隔两年就能蹦出好点子"。他这么说或许不完全是吹牛，在1933年，兹威基脑子里就冒出了"暗物质"的点子。
"遥远的星系团里有一些物质很独特，它们既不发光，也不吸收光、反射光……"兹威基的意思是，宇宙中存在你我看不到的物质，但它们有质量。事实上，暗物质不仅拥有质量，它的质量甚至是可见物质的6倍，占到宇宙物质成分的24%;另外72%是暗能量，一种充溢宇宙空间的能量形式，同样不可见。在进入21世纪前，人们竟然被告知，可见的一切在茫茫宇宙的质量划分中都不能占到多数。"要承认我们宇宙超过90%都看不到多少有些尴尬"，华盛顿大学的教授布鲁斯·珈诺(BruceMargon)在《纽约时报》上说，"大自然在嘲笑人类，它把宇宙的绝大部分藏了起来。"
但兹威基还是找到了它。1933年的美国经济大萧条似乎同这个对星星着迷的35岁男人毫无关系，当时他把注意力完全放在了后发座星系团(ComaCluster)上。这个星系团就在我们熟悉的狮子座附近，由1000个大星系、30000多个小星系组成。据说，得名自一个与埃及法老托勒密三世王后的头发有关的传说。对神话故事，兹威基当然不关心，他的忧虑在一堆写着密密麻麻数字、符号的算草纸上。
要测量星系团的质量，一般有两种方法。"动力学质量"计算，需要的数据是各星系之间的相对速度和平均速度，而"光度学质量"要求测量各星系的光度。兹威基分别利用这两种算法计算后发座星系团的质量，结果不可思议:"动力学质量"是"光度学质量"的400倍!为什么后发座星系团有99%的质量"下落不明"?难道"动力学质量"中用到的牛顿运动定律不再适用?或者，星系团的主要质量并不是由可视的星系贡献的?兹威基用他那最具幻想力的头脑做出了以下推测:宇宙大部分质量不可见，因此光度方法测算不出。于是，[2]
似乎大多数人还是信奉"眼见为实"。在当时，"暗物质"这个概念被彻底忽略了。相反，兹威基本人的恶名倒比"暗物质"的名称传播得快。
"暗物质"带给兹威基的无奈在于它无法观测，但"超新星"不一样，一亿颗太阳的亮度不会被无视。1936年，兹威基说服加州理工大学，在威尔逊山东南方的帕洛马天文台上建起了口径48英寸的施密特望远镜。人们可以大概猜出兹威基的目的:施密特望远镜比其他望远镜有更大的清晰视场，特别适合巡天观测。比如，寻找超新星。施密特望远镜架在帕洛马天文台屋顶开口的下面，就像一门对准星空的白色大炮。兹威基已经习惯跟这个庞然大物在一起，当他一次次将眼睛对准目镜，他所发现的"超新星"的数量也在增加。1935年到1940年之间，这个数字是14颗，占人们发现超新星总数的一多半。他一生中总共发现了122颗"超新星"，这一纪录直到2006年才有人打破。人们不禁疑惑，他在数星星这件事上表现出的执著会不会是"暗物质"那件事上压抑的一种释放。
主要贡献
兹威基的主要贡献是对超新星现象的研究。他曾在1934年和巴德一起确认宇宙中有比新星更激烈﹑释放能量更多﹑光变幅更大的灾变天体。例如﹐银河系内1054年﹑1572年和1604年观测到的客星﹐仙女星系中1885年出现的比典型新星亮一万倍的"新星"﹐他把它们定名为超新星。室女星系团照相巡天搜索河外星系超新星。1936年在他的倡议下﹐美国帕洛马山天文台建成45/65厘米施密特望远镜﹐这在当时是世界上威力最大的广角天体照相仪﹐立即将它投入河外星系巡视。到1941年为止﹐在兹威基主持下﹐用它发现18个超新星(同时还用100英寸望远镜发现了另一个超新星)﹐而前人总共只是偶然观测到12个。根据巡天观测﹐推算出平均每一个河外星系﹐每三百年产生一次超新星爆发。这个爆发频率值在以后的四十年一直与观测资料相符。从三十年代起﹐兹威基每当发现一个河外星系超新星﹐即和威尔逊山天文台的哈勃﹑巴德﹑R.闵可夫斯基周密观测爆发过程中的光度和光谱﹐积累了大量资料。后来﹐他提出根据光变曲线﹑谱线特征﹑膨胀速度等因素﹐将超新星分类。从1958年起他主持 120/180厘米施密特望远镜的遥远星系团超新星巡天﹐作为该台的常规科研项目﹐一直持续到逝世之后的1975年﹐共达18年。1959年他倡议并组织国际超新星联合观测o全世界先后有十多个天文台参加。他一生共发现超新星122个﹐占当时超新星总数的30%。
兹威基在星系方面也做了很多工作。他和沙普利曾分别发现星系成团倾向﹔他还认为星系之间有弥漫星群以及由气体和尘埃组成的云。
他认为宇宙物质的演化是沿著从稀到密和从密到稀两个方向进行的﹐超新星爆发是双向演化的典型﹕一方面外部物质抛散到空间﹐另一方面内部物质收缩为致密天体。根据这思想﹐他预言应有中子星存在﹐还预言可能有整个星系核的大规模爆发。他一生倡导形态学研究方法﹐著有《形态学天文》以及大量关于超新星的论述。他主编《星系和星系团总表》六卷﹐《致密星系﹑星系的致密部分﹑爆发星系和爆后星系表》。
大事记
- 1933 发现暗物质。[3]
- 1934 与Walter Baade发明"supernovae"这个词，并猜测其产物是中子星。后独立发现了120颗超新星。这个记录也许永远也破不了，因为虽说发现速度指数增长，但基本不是一个人的事了。
- 1937 提出星系团可用作引力透镜。
- 1938 与Walter Baade 提出把超新星当作标准烛光来估计宇宙尺度的距离。
- 1943-1961 为Aerojet 顾问，有50多专利包括 JATO。[4]
- 1942-1968 Caltech 教授。
- 1961-1968 与人合编六大卷星系目录，其中的星系人称 Zwicky galaxies。
- 1969 著书倡导天文中的形态分析。[5]