超越一切殊榮:Jocelyn Bell Burnell

By Sonia Choy 蔡蒨珩

 

說起天文學家,浮現在人們腦海中的也許是一個孤獨的老人坐在觀測站裡,在黑夜中仰望繁星;但天上其中一種最奇怪、最引人入勝的星體卻是由一位年輕女性在1967年發現,然而她從未為此得到諾貝爾獎。

 

Jocelyn Bell於1943年在北愛爾蘭出生,在信奉貴格會(Quaker)的家庭中長大(註一)。作為在上世紀五十年代生活的女孩,要學習科學一點也不容易。在她就讀的小學裡只有男生可以修讀理工科,而女孩子就只可以學習烹飪和縫紉 [1],有幸在她父母極力爭取下,Bell獲准上科學課。在讀寄宿學校時,她的啟蒙老師Tillott先生鼓勵Bell繼續進修物理 [1]。雖然後來成了劍橋大學的研究生,但冒名頂替症候群(imposter syndrome;註二)卻一直困擾著她:她深信自己隨時會被踢出校,這令她更加用功來嘗試證明自己 [2]。

 

1967年,當時還是研究生的Bell是在馬拉德無線電天文台(Mullard Radio Astronomy Observatory)組裝行星際閃爍陣列(Interplanetary Scintillation Array)望遠鏡的一員,她在其後分析數據時首次發現了四顆脈衝星 [2]。由於無線電望遠鏡收集的數據包含了電台廣播和恆溫器等人類活動的干擾,因此她需要將人為干擾剔除,只留下來自外太空的電波信號。她注意到天空某個方向出現奇怪的脈衝信號,在論文導師要求下,她再用另一組望遠鏡核對數據,從而確定那是來自一顆脈衝星的信號,那顆星現在被命名為PSR B1919+21。眾所周知當時Bell曾給這奇怪信號改了一個有趣的名字 — LGM,也就是Little Green Men(小綠人,意指外星人)[2]。

 

脈衝星是宇宙中最有趣的星體之一。我們其後知道它們是轉動中的中子星,由重恆星核心塌縮而成。中子星以密度極高見稱,是我們認知內密度最高的星體:直徑只有20至24公里 [3],重量卻是太陽的1.4到2.16倍(但太陽的直徑大約是140萬公里)。如果質量再多,恆星核心就會塌縮成黑洞而不是中子星 [4]。

 

中子星的密度實在高得難以想像。我們平時加進咖啡裡的一顆方糖大約是兩克,如果要從中子星切出與方糖大小相約的一部分,相應的重量就會接近一萬億(或一兆)公斤,即是一顆方糖的5 x 1014倍,約是整個珠穆朗瑪峰的重量 [5]!

脈衝星有著非常強大的旋轉磁場,令一束束帶電粒子(譬如電子和質子)隨著磁極的方向射出。當帶電粒子加速,它們會散發輻射,因而產生波長範圍由無線電波到伽瑪射線的強大電磁波束 [3, 6];這些電磁波會隨著中子星及其磁場的轉動而定時掃過地球,在圖表上製造出脈搏般的視覺效果,我們因此將其命名為脈衝星。

 

雖然作出了如此重大的發現,可是Bell Burnell並沒有得到1974年的諾貝爾物理學獎;那年得獎者為她的博士論文指導老師Antony Hewish和劍橋無線電天文研究組主席Martin Ryle,後者憑藉在無線電天文學上革命性的發明而獲獎。Ryle巧妙地設計出把坐落於不同地方的望遠鏡連結,從而增加望遠鏡總孔徑的方法。有些天文學家批評諾貝爾奬委員會的決定,包括提出恆星核合成(解釋恆星中創造新化學元素的理論)的Fred Hoyle,這也引伸出各方多年的爭辯。不少報導為了吸引讀者,更將Hewish寫成一位冷酷無情的指導老師,但他其實也有支持學生的研究,而正是他研發的觀測技術和在分析結果時的見解促成了這次發現,所以也值得被表彰。Bell Burnell自己則覺得在正常情況下諾貝爾獎不應該頒發給研究生(她當時的身份),但是令她更不開心的是媒體的訪問。在最近一次講座中,她憶述記者往往會將天體物理學的問題交予Hewish回答,而她只會被問及私人問題,譬如曾經結識多少個男朋友和頭髮原來的顏色是什麼等等 [7]。

 

Jocelyn Bell在1968年與地方公務員Martin Burnell訂婚。丈夫的工作需要他們不時搬遷到英國不同城市居住,使Bell Burnell需要持續地轉職,當中更因照顧孩子而在18年間只能從事半職的研究工作。驟眼一看,她的研究成果未必及得上同期的男性同事,但當知道她的處境後便能對箇中原因略知一二。儘管如此,她仍繼續從事天文研究多年,研究不同中子星和脈衝星,也成為鼓勵更多女性投身天體物理學的領袖之一。Bell Burnell一直活躍於科學界,更當選英國物理學會(2008-2010)和愛丁堡皇家學會(2014-2018)史上第一位女主席。

 

即使生活在21世紀,社會看似在促進男女平等的各方面已經進步了不少,Bell Burnell的故事依然帶出一個值得深思的問題:驟眼看來,各種機會似乎的確是平等地開放給全部性別的人,但不少女性在工作上的發展依然受到掣肘,這往往是出於她們自己的決定,又或者是傳統家庭觀念對女性的期望,令不少職業女性仍然選擇扛起照顧家庭的大部分責任。雖然提起Bell Burnell,大多數人只會想到脈衝星和她與諾貝爾獎擦身而過一事,但是這個故事也促使我們探討她後來的生活:男女平等並不應該只是門面上的開放。如果她能從事全職研究的話,又會發現什麼新事物嗎?嗯,我們永遠也不會知道。


1 貴格會:又稱公誼會或教友派(Religious Society of Friends),歷史上是基督教新教的教派之一。

2 冒名頂替症候群:一種出現於部分高成就者(尤其是研究生,即碩士或博士生)的自卑感,他們會認為自己並沒有這樣的能力,過往只是因為幸運之類的因素而成功,生怕別人有一天會發現自己是騙子。近年西方學術界開始關注這個令不少研究生出現焦慮和抑鬱症狀的心理現象 [8]。


參考資料:

[1] Dame Jocelyn Bell Burnell: ‘Did I feel cheated over the Nobel Prize? No. I know from another pulsar astronomer who won it that you get no peace. You’re asked about every subject under the sun. It quite wrecks your life’. (2018, May 8). Belfast Telegraph. Retrieved from https://www.belfasttelegraph.co.uk/life/features/dame-jocelyn-bell-burnell-did-i-feel-cheated-over-the-nobel-prize-no-i-know-from-another-pulsar-astronomer-who-won-it-that-you-get-no-peace-youre-asked-about-every-subject-under-the-sun-it-quite-wrecks-your-life-36882138.html

[2] Walsh, L. (n.d.) Journeys of discovery: Jocelyn Bell Burnell and pulsars. Retrieved from https://www.cam.ac.uk/stories/journeysofdiscovery-pulsars

[3] Cofield, C. (2016, April 22). What Are Pulsars? Retrieved from https://www.space.com/32661-pulsars.html

[4] Goddard Space Flight Center, NASA. (2017, March). Neutron Stars. Retrieved from https://imagine.gsfc.nasa.gov/science/objects/neutron_stars1.html

[5] Goddard Space Flight Center, NASA. (2007, August 27). Astronomers Pioneer New Method for Probing Exotic Matter. Retrieved from https://imagine.gsfc.nasa.gov/news/27aug07.html

[6] Goddard Space Flight Center, NASA. (2017, March). Neutron stars in different light. Retrieved from https://imagine.gsfc.nasa.gov/science/objects/neutron_stars2.html

[7] CfA Colloquium. (2020, February 14). The discovery of pulsars – a graduate student’s tale [Video file]. Retrieved from https://www.youtube.com/watch?v=ot1Ggv6YZyQ

[8] Weir, K. (2013, November). Feel like a fraud?. gradPSYCH. Retrieved from https://www.apa.org/gradpsych/2013/11/fraud