马丁·施密特 编辑

荷兰天文学家

马丁·施密特马丁·施密特

马丁·施密特(荷兰语:Maarten Schmidt,1929年12月28日~2022年9月17日)。荷兰天文学家,第一个意识到射电3C 273的光谱中无法证认的宽发射线,其实是高红移后的氢的巴尔末线和电离氧的谱线,从而成为“类星体”这一天体种类公认的发现者。2022年9月17日,马丁·施密特逝世,享年92岁。

基本信息

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中文名:马丁·施密特

外文名:Maarten Schmidt

国籍:荷兰

出生地:荷兰格罗宁根

出生日期:1929年12月28日

逝世日期:2022年9月17日

职业:天文学家

主要成就:类星体这一天体种类公认的发现者

人物生平

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早年经历

1929年12月28日,施密特出生于荷兰格罗宁根(Groningen)。他的父亲威廉·施密特(Wilhelm Schmidt)是政府的一名会计,他的母亲安妮·威廉敏娜·施密特(Annie Wilhelmina Schmidt)是一名家庭主妇。

施密特的伯伯或叔叔是一名药剂师与业余天文学家。在他的指导下,施密特用两块透镜与一个纸筒造出了一台望远镜。由于二战期间的灯火管制,他得以在城市的中心观测星空。他寻找并阅读所有能够找到的天文书籍。

初露锋芒

1949年,施密特在格罗宁根大学获得学士学位,并在1年后获得硕士学位。然后,施密特进入荷兰的莱顿大学天文台(Leiden Observatory)跟随天文学大师简·奥尔特(Jan Hendrik Oort,1900-1992)攻读博士研究生。

在博士研究生期间,施密特用了一年时间在肯尼亚(Kenya)观测恒星并测量它们的位置。在完成这个任务后,施密特回到莱顿大学天文台,用射电望远镜系统观测银河系旋臂中的氢分子云发出的21厘米谱线,从而绘制银河系形态图。

1955年,施密特与科妮莉娅·托姆(Cornelia Tom)结婚。二人婚后共生育了三个女儿:安妮·施密特(Anne Schmidt)、玛丽·施密特(Marijke Schmidt)与伊丽莎白·施密特(Elizabeth Schmidt)。

1956年,施密特在莱顿天文台获得博士学位,其学位论文的主题是用21厘米谱线的观测确定银河系的质量分布。

此后2年,施密特以卡耐基学者(Carnegie Fellow)的身份在威尔逊与帕洛玛天文台(Mt. Wilson and Palomar Observatories)工作,类似于现在的博士后工作。这个听起来很奇怪的单位是由此前的威尔逊天文台(Mt. Wilson Observatory)与帕洛玛天文台(Palomar Observatory)合并而成的。

1958年,施密特回到莱顿大学。一年之后,他被威尔逊与帕洛玛天文台聘用,同时担任加州理工学院副教授。当时的帕洛玛天文台拥有口径为200英寸(5.08米)的海耳(Hale)望远镜,它是当时世界上口径最大、性能最优越的光学望远镜。在天文学中,“光学”指可见光。

1945年12月时处于抛光状态的Hale望远镜的主镜面1945年12月时处于抛光状态的Hale望远镜的主镜面

1959年,施密特发表了一篇论文,将星际气体的密度与其中的恒星的形成率联系起来,人们称这个结果为“施密特律”(Schmidt law)。此时,施密特尚不足30岁。

扩展领域

在同事、射电天文学家托马斯·马修斯(Thomas A. Matthews)的影响下,施密特开始进入射电源领域。所谓的射电,就是无线电。射电源指的是那些发射出射电辐射的天体。

1959年他迁往美国并进入加州理工学院任职。

1960年夏天,马修斯找到阿兰·桑德奇(Allan Sandage),希望后者能够用海耳望远镜观测他圈出的10个看上去很小的射电源,以确定它们是不是射电星系。

1960年9月,桑德奇用海耳望远镜观测了表中的第48号射电源——3C 48,探测到一颗大约为16等的类似于恒星的蓝色天体,周围有一小缕星云状的物质。马修斯与桑德奇都认为这是一颗前所未见的“射电恒星”。尽管16等星比大多数人能够看到的最暗的星(6等)还暗了1万倍,但在海耳望远镜的“眼”中显然算是亮星了。

1962年12月27日,施密特用海耳望远镜拍摄了3C 273的光谱。由于它实在太亮,常规的曝光时间竟然使底片被过度曝光。第二次与第三次,施密特都成功获得了它的光谱。

施密特发现,3C 273的光谱非常奇怪,出现了9条相当宽的发射线。其中,中心波长为323.9纳米、503.2纳米、563.2纳米、579.2纳米的4条发射线尤其显著。被确定的还有459.5纳米与475.3纳米的两条谱线。其余3条谱线的中心波长误差范围较大。施密特无法确认这些发射线对应哪种化学元素。此后,他多次想破解这个谜团,但却毫无头绪。他深感苦恼,一度想放弃。

差不多同时,施密特的同事贝弗利·奥克(Beverley Oke)用威尔逊天文台的100英寸(254厘米)口径的胡克(Hooker)望远镜拍摄了3C 273的光谱,光谱中显示出一条位于红外波段的强烈的发射线,它的波长为759.0纳米。

1963年2月5日,周一,下午,施密特来到办公室,想继续思考自己得到的结果。当他把那张光谱底片放入仪器时,他突然意识到,他确认的发射线中的3条与奥克确认那条发射线的分布规律与氢的巴耳末(Balmer)线系中的几条线很像。

然后,施密特脑中突然出现一个违背祖训的想法:这些光谱线可能就是氢的发射线,只是它们往红色一端移动(“红移”)了。这个看似疯狂的想法让施密特莫名兴奋,他马上在身边找到一条简陋的滑动刻度尺,直接测量出移动的量,然后立即得到了3C 273的红移是0.158。也就是说,这些光谱是氢的光谱线,只是它们的波长被拉长了0.158倍。

施密特乘胜追击,确定出所有被确认出波长的发射线的本质:奥克拍摄的那条线是氢的巴耳末线系中的Hα线;他自己确认的6条线中的4条分别是Hβ、Hγ、Hδ与Hε线。另外2条发射线则分别是一次电离镁(Mg II)与二次电离氧禁线()。

施密特拍摄的3C 273的光学光谱(上)施密特拍摄的3C 273的光学光谱(上)

施密特的发现确实是骇人的:结合距离与观测到的亮度,可以算出3C 273的光度达到太阳光度的2万亿倍左右(现代计算值是4万亿倍),是当时被确认的最亮的射电星系的亮度的光度的100倍左右。一个大小远远小于银河系的天体,却比星系亮得多,这在当时实在是骇人听闻。

施密特很快写了一篇的论文,讨论了3C 273的光谱,并将其中的发射线解释为被红移了0.158倍之后的氢、镁与氧线。这篇论文发表于《自然》(Nature),标题是《3C 273:一个大红移的类星物体》。在这篇不到1页的划时代的论文中,施密特报告了自己的观测,并指出,3C 273的红移基本上不可能是恒星的引力造成的“引力红移”,而是由宇宙膨胀导致的“宇宙学红移”。施密特认为,3C 273是一个星系的核心,该星系的红移是0.158,它的速度是光速的0.158倍,即47400千米每秒。

施密特计算出3C 273与地球的距离约为5亿秒差距,即约16亿光年(根据现代的哈勃常数计算得到的数值是24.4亿光年)。施密特还计算出3C 273的直径小于1000秒差距(3262光年,1000秒差距只是粗略估计值,并非精确值)。施密特不仅正确解释了3C 273的红移,而且正确地猜想它是一个星系的核心,显示出他大胆而超前的思维。

1965年,使用显微镜测量光谱的施密特1965年,使用显微镜测量光谱的施密特

1965年,施密特发表了另一篇重要的论文,公布了5个主要由他发现的新的类星体,其中有3个的红移为1,最远的那个的红移更是高达2。正如他自己所说:“我们现在可以轻易获得很高的红移(的类星体),因为这些该死的东西实在太亮了。”

成功破圈

这么小的天体的光度却比极其庞大的星系的光度高得多,这听起来非常不可思议,但可能性却很大。因此施密特的这一发现让整个天文学界与大量普通人大受震撼。

人们都已经意识到宇宙学与天文领域的一场巨大的变革已经猝然到来。施密特一战成名。正如他自己后来回忆的那样:“我发现(类星体)红移的那个晚上,前景绝佳。”

1964年,施密特在加州理工学院升为教授。

1966年3月11日,施密特成为《时代》(Time)周刊的封面人物。《时代》将施密特与伟大的物理学家与天文学家伽利略(Galileo Galilei,1564-1642)相提并论:17世纪的这位意大利人(伽利略)震惊了同时代科学家与神学家,20世纪的这位荷兰人(施密特)同样震惊了同时代的其他人。

此后,施密特继续寻找、观测类星体,从而对类星体的确认、计数、统计、空间分布、演化、红移-距离关系等问题也做出重要贡献。例如,他发现,红移大约为2.5的宇宙中的类星体的产生率是最大的。

1972-1975年,他担任加州理工学院天文系主任。

1976-1978年,他担任加州理工学院的数学与天文组主席。

1978-1980年,他成为海耳天文台(Hale Observatories)的台长,该天文台由“威尔逊与帕洛玛天文台”改名而来。由于威尔逊天文台与帕洛玛天文台一直貌合神离,施密特于1980年拍板解散海耳天文台,使其恢复为原来的两个独立单位。他也因此成为海耳天文台最后一任台长。

晚年生活

1996年,施密特光荣退休。但在此后大约十年,他继续从事研究并发表论文。

2022年9月17日,施密特逝世,享年92岁。

人物荣誉

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人物荣誉

时间

荣誉表彰

1964年

沃纳奖(Warner Prize)

1978年

诺里斯·罗素讲席

1980年

英国皇家天文学会金质奖章(Gold Medal of the Royal Astronomical Society)

1991年

沃森奖章(James Craig Watson Medal)

1992年

布鲁斯奖章(Bruce medal)

2008年

首届科维里天体物理学奖(the Kavli Prize for Astrophysics,与林登-贝尔分享)

资料来源:

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