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唐娜·埃尔伯特—隐身诺奖背后的女性

2022-11-30
19631

1983年,印度裔美国天体物理学家苏布拉马尼扬·钱德拉塞卡(Subrahmanyan Chandrasekhar)因在星体结构和进化的研究而获得诺贝尔物理学奖。他在天体物理学方面作出的最杰出的贡献就是“钱德拉塞卡极限”,是指一颗白矮星能拥有的最大质量,任何超过这一质量的恒星将演化为中子星或黑洞的形式结束它们的命运。


科学家们长期以来一直在研究钱德拉塞卡的工作。但几乎没有人知道,在他卓著的科研成就背后,有一名女性从事了大量天体物理学的计算工作,默默服务了30年。她就是唐娜·埃尔伯特(Donna DeEtte Elbert)。


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唐娜·埃尔伯特

图源:Dianne Hofner Saphiere、Susan Elbert Steele、Joanne Elbert Kantner


从1948年到1979年,唐娜一直用纸笔为钱德拉塞卡的研究进行手动运算,在18篇论文中与这位诺贝尔奖得主共享作者身份。钱德拉塞卡也热情地承认了她的开创性贡献。


但直到加州大学洛杉矶分校(UCLA)博士后学者苏珊·霍恩(Susanne Horn)发现,唐娜率先预测了行星或恒星产生磁场的最佳条件之后,她的最大成就才被世人所认可。


霍恩和她的同事在新发表的论文里,用唐娜的名字为新理论命名——“埃尔伯特范围”(Elbert range)。文中详细介绍了星球在旋转、对流和磁力的共同作用下是如何产生最佳磁场范围的:行星通过加热导电流体(如液态金属或非常咸的海洋)的内部循环产生自己的磁场。也就是说,当行星绕其轴线旋转时,这些流体的运动变得有组织,并一路产生了磁场。这项工作将有助于各学科研究人员更好地了解地球内部和其他行星内部的情况,寻找太阳系外有可能存在生命的行星。


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图源:scitechdaily.com


“有磁场的行星更有可能存在生命。因为磁场就像一种茧,将行星与周围通常不友好的空间环境隔离开来。”论文合著者、加州大学洛杉矶分校地球行星和空间科学教授乔纳森·奥诺(Jonathan Aurnou)解释,其中的关键在于流体运动。比如,地球的核心主要由液态铁组成。随着温度的发散,冷却的部分下沉,较热的部分上升。这种下沉和上升引起的运动被称为对流。地心液态铁的对流运动可以产生电流,进而产生磁场。奥诺表述,尚不清楚仅靠对流是否就能产生行星磁场,然而我们知道行星旋转可以让对流运动形成有序模式。这是埃尔伯特第一个指出来的。


当时,埃尔伯特在钱德拉塞卡进行夏季巡回演讲时发现了这一原理,并告诉了他。钱德拉塞卡将埃尔伯特的发现融入了自己的研究中,并在脚注中提到了这一原理,却没有进一步探究其意义。


霍恩的研究进一步超越埃尔伯特的工作。其所做的是研究液态金属中的对流模式及其演变在受到旋转和磁场影响时的变化。研究团队发现存在不同的对流行为模式,并绘制出了这些模式的精确位置。未来,他们将做出一整套新的预测,来构建未来星球磁场生成的实验室数值模型。


“埃尔伯特虽然没有正式的数学学位,但她所从事的计算工作,即便放在现在也需要通过电子计算机来完成,这是大多数人都做不到的。”霍恩现在是英国考文垂大学流体与复杂系统研究中心的副教授,她说,“钱德拉塞卡在脚注中所提到的、解决特定问题微妙而优雅的方法,实际上是由唐娜·埃尔伯特提出的。她写了他关于地球物理和天体物理流体动力学的全部论文。”


由于埃尔伯特关于行星磁场的发现被包含在她老板的工作中,因此,这一发现通常被归功于钱德拉塞卡,并因此获得了诺贝尔物理学奖。现在,埃尔伯特被认为是一名数学家。但在当时,女性很难获得比一个脚注更多的赞誉。


2019年,埃尔伯特去世,享年90岁。霍恩表示,她希望团队的工作能为埃尔伯特提供一个恰当的致敬,即使这已经太迟了。


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