發現宇宙標準燭光的人
1月17日那篇〈宇宙膨脹的證據〉中，介紹了哈伯發現銀河系外還有宇宙以及宇宙膨脹，裡面提及他是根據「勒維特定律」推算星系距離。下面就來介紹這位做出關鍵貢獻卻長期遭到忽視的勒維特（Henrietta Leavitt）。 女性計算員 勒維特於1868年7月4日出生美國麻州一個不到兩千人的小鎮，父親是位牧師。她先到俄亥俄州的歐伯林學院（Oberlin College，1837年成為美國第一家允許女性就讀的大專院校）讀了兩年後，再轉到附屬於哈佛大學、特為女性開設的學程就讀。她在大四那年修了一門天文學，產生濃厚興趣，於是在1892年畢業後又留校多修了一年天文學的課程。 勒維特接著到歐洲遊學，不料在異鄉染疾而嚴重喪失聽力；她返回家鄉後休養一陣子後，於1895年向哈佛大學天文台長皮克林（Edward Pickering）求職。皮克林九年前開始雇用女性處理天文觀測資料，是當時科學領域中少數有女性的容身之地，但限於預算，已無法再增聘人手。勒維特衣食無虞，便自願無償擔任計算員的工作。 以志工的身分做了幾年之後，勒維特總算在1902年成為正式職員。女性計算員的時薪只有微薄的0.3美元，對她而言，確保未來能繼續獻身於熱愛的天文學，意義更加重大。勒維特表現傑出，很快被拔擢為光度測定的部門主管，負責依據天文攝影的感光底片，更準確地劃分恆星的星等。1905年開始，她針對變星有系統地予以判定、分類。 造父變星 所謂變星就是亮度會改變的星，根據變星的光譜、由亮到暗再轉亮的天數、亮度變化的曲線形狀等，可以將變星分成不同類型。勒維特檢視了許多感光底片後，在大、小麥哲倫星雲一共發現了1,777顆變星，予以分類後寫成論文，於1908年發表。她在論文中特別指出小麥哲倫星雲的17顆造父變星似乎有個規律：亮度越大，變化的週期越長。 造父是中國古代的星官（相當於星座）之一，位於現在所稱的「仙王座」(Cepheus)，共有五顆恆星，分別叫造父一到造父五。荷蘭裔的英國天文學家古德利克（John Goodricke）於1784年發現造父一是顆變星，後來便將類型和造父一相似的變星稱為造父變星。巧合的是，古德利克幼年時也因病失聰，和勒維特一樣都無法聽見外界的聲音，卻在繁星中發現常人所未見。 造父變星是因為外層氣體因熱而膨脹後，使得內層的輻射更容易穿透，顯得更亮。隨後外層氣體又因為膨脹後溫度下降，在自身重力的作用下而收縮，使得穿透的輻射變少而變暗；如此不斷循環因而時亮時暗。勒維特當時仍不知道這個機制，但既然所觀察到的造父變星亮度都呈現週期性的變化，可以推斷並非伴星遮掩光芒之類的外部因素，而是造父變星本身的特性所致。 不過亮度是從地球觀測到的光，光度才是恆星所發出的光，照理說應該要根據這些造父變星與地球的距離，反推出它們的光度再加以比較。當時尚不知道它們的實際距離，但可以確定小麥哲倫星雲非常遙遠，這些造父變星在裡面的分布又相當密集，因此它們與地球的距離即使有差異，也小到可以忽視。既然它們的遠近幾乎相同，那麼亮度與光變週期的關係，也就相當於光度與光變週期的關係。 勒維特定律 勒維特隨後又多發現了8顆造父變星，也是亮度越大，光變週期就越長。她以亮度（視星等）為縱軸，光變週期的天數為橫軸，將這25顆造父變星的數據標示上去後，最大亮度與最小亮度的兩條連線都相當平滑；若將橫軸改為天數的對數，則可明顯看出兩條斜率相同的直線，更清楚呈現光變週期與光度的線性關係，這就是後來所稱的「勒維特定律」。 勒維特定律堪稱革命性的大發現。以往無法從亮度判斷恆星的距離，因為同樣的亮度可能是光度很大但很遠，也可能是光度很小但很近。而利用視差法又只能測定數百光年內的距離，更遠的恆星就無法確定遠近，以致大家對於宇宙的大小眾說紛紜。如今根據勒維特定律可以得知，兩顆光變週期相同的造父變星，其光度也相同；如果兩者的亮度是4:1，那麼較暗的那顆就是另一顆的兩倍遠（亮度與距離平方成反比）。 1913年，丹麥天文學家赫茨普隆（Ejnar Hertzsprung）在視差法可判定的距離內也找到了造父變星，他用它的光變週期和勒維特的發現做比較後，首度估算出小麥哲倫星雲的距離。儘管赫茨普隆本身估算錯誤（他算出3萬光年，但實際上是20萬光年），卻示範了如何以造父變星做為標準燭光，推算星雲、星團，乃至星系的距離。哈伯便是在1924年發現仙女座的造父變星，算出仙女座距離我們至少100萬光年（實際距離應是250萬光年），因此絕不可能位於銀河系內，才確認銀河系外還有其它星系。 這一切都始自勒維特發現造父變星的光變週期與光度的線性關係，不過此一重大發現卻不是以她的名義發表；1912年3月3日發表的論文〈小麥哲倫星雲中25顆變星的週期〉唯一作者是哈佛大學天文台長皮克林，她的姓氏只出現在內文的第一句：「下列敘述關於小麥哲倫星雲中25顆變星的週期，是由勒維特小姐提供。」 勒維特生前未能獲得應有之聲譽，也來不及見到自己的發現促成哈伯改變了人類對宇宙的認知，因為她在1921年即因胃癌病逝，享年僅53歲。據說瑞典科學院的一名院士在1925年想提名她角逐諾貝爾物理學獎，才得知她已離世。然而即使她仍健在，是否真能獲獎也大有疑問，畢竟就連哈伯也從未獲此殊榮。不過哈伯至少享有高懸不墜的地位與名聲，而勒維特至今卻鮮為人知……。 參考資料：
