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弗里茨·兹威基

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人物经历编辑本段回目录

弗里茨·兹威基弗里茨·兹威基

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。

兹威基不同意勒梅特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顆超新星,这一纪录直到2006年才被打破。

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。

发现暗物质编辑本段回目录

弗里茨·兹威基弗里茨·兹威基--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,有了“暗物质”一词。

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。[1]

主要贡献编辑本段回目录

弗里茨·兹威基弗里茨·兹威基发现新星

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﹑谱线特徵﹑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》。

大事记编辑本段回目录

1933 发现暗物质。领先时代40年。

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。人称现代喷气发动机之父。

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。[2]

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