姜朝鳳宗族

造父是中國古代星官之一，屬於二十八宿的北方七宿的危宿，位於現代星座劃分的仙王座，含有5顆恆星。
造父 (星官) - 維基百科，自由的百科全書 https://bit.ly/3UqqZaN
------------------------------
發現宇宙標準燭光的人
發現宇宙標準燭光的人 ｜ 科學棋談 https://bit.ly/42qB3Tp
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。
哈佛大學天文台的女性計算員，攝於1900年；左三坐在牆前的即是勒維特。圖片來源：Harvard Library
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」。
勒維特在1912年的論文中繪出造父變星的光度（縱軸）與光變週期（橫軸為天數的對數）的線性關係。
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……。
------------------------
〈發現宇宙標準燭光的人〉(12) 科學棋談 - 〈發現宇宙標準燭光的人〉... | Facebook https://bit.ly/3uhdtM8
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（Henrietta Leavitt）於1868年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……。(12) 科學棋談 - 〈發現宇宙標準燭光的人〉... | Facebook https://bit.ly/3uhdtM8
--------------------------
發表於1912年的論文〈小麥哲倫星雲中25顆變星的週期〉中，勒維特繪出造父變星的光度（縱軸）與光變週期（橫軸為天數的對數）的線性關係。
---------------------------
什麼是「造父變星」？標準燭光如何幫助人類量測天體距離？——天文學中的距離（四）
撰文｜許世穎
「造父」是周穆王的專屬司機，也是現在「趙」姓的始祖。以它為名的「造父變星」則是標準燭光的一種，讓我們可以量測外星系的距離。這幫助哈柏發現了宇宙膨脹，大大開拓了人們對宇宙的視野。然而發現這件事情的天文學家勒梅特卻沒有獲得她該有的榮譽。
宇宙中的距離指引：標準燭光
經過了三篇文章的鋪陳以後，我們終於要離開銀河系，開始量測銀河系以外的星系距離。在前作＜天有多大？宇宙中的距離（3）—「人口普查」＞中，介紹了距離和亮度的關係。想像一支燃燒中、正在發光的蠟燭。距離愈遠，發出來的光照射到的範圍就愈大，看起來就會愈暗。
我們把「所有發射出來的光」稱為「光度」，而用「亮度」來描述實際上看到的亮暗程度，而它們之間的關係就是平方反比。一旦我們知道一支蠟燭的光度，再搭配我們看到的亮度，很自然地就可以推算出這支蠟燭所在區域的距離。
舉例來說，我們可以在台北望遠鏡觀測金門上的某支路燈亮度。如果能夠找到那支路燈的規格書，得知這支路燈的光度，就可以用亮度、光度來得到這支路燈的距離。如果英國倫敦也安裝了這支路燈，那我們也可以用一樣的方法來得知倫敦離我們有多遠。
我們把「知道光度的天體」稱為「標準燭光（Standard Candle）」。可是下一個問題馬上就來了：我們哪知道誰是標準燭光啊？經過許多的研究、推論、歸納、計算等方法，我們還是可以去「猜」出一些標準燭光的候選。接下來，我們就來實際認識一個最著名的標準燭光吧！
「造父」與「造父變星」
「造父」是中國的星官之一。傳說中，「造父」原本是五帝之一「顓頊」的後代。根據《史記‧本紀‧秦本紀》記載：造父很會駕車，因此當了西周天子周穆王的專屬司機。後來徐偃王叛亂，造父駕車載周穆王火速回城平亂。平亂後，周穆王把「趙城」（現在的中國山西省洪洞縣一帶）封給造父，而後造父就把他的姓氏就從本來的「嬴」改成了「趙」。因此，造父可是趙姓的始祖呢！（《史記‧本紀‧秦本紀》：造父以善御幸於周繆王……徐偃王作亂，造父為繆王御，長驅歸周，一日千里以救亂。繆王以趙城封造父，造父族由此為趙氏。）
圖一：危宿敦煌星圖。造父在最上方。圖片來源／參考資料 2
回到星官「造父」上。造父是「北方七宿」中「危宿」的一員（圖一），位於西洋星座中的「仙王座（Cepheus）」。一共有五顆恆星（造父一到造父五），清代的星表《儀象考成》又加了另外五顆（造父增一到造父增五）。[3]
英籍荷蘭裔天文學家約翰‧古德利克（John Goodricke，1764-1786）幼年因為發燒而失聰，也無法說話。1784 年古德利克（John Goodricke，1764-1786）發現「造父一」的光度會變化，代表它是一顆「變星（Variable）」。2 年後，年僅 22 歲的他就當選了英國皇家學會的會員。卻在 2 週後就就不幸因病去世。[4]
造父一這顆變星的星等在 3.48 至 4.73 間週期性地變化，變化週期大約是 5.36 天（圖二）。經由後人持續的觀測，發現了更多不同的變星。其中一群變星的性質（週期、光譜類型、質量……等）與造父一接近，因此將這一類變星統稱為「造父變星（Cepheid Variable）」。[5]
圖二：造父一的亮度變化圖。橫軸可以看成時間，縱軸可以看成亮度。圖片來源：ThomasK Vbg [5]
勒維特定律：週光關係
時間接著來到 1893 年，年僅 25 歲的亨麗埃塔‧勒維特（Henrietta Leavitt，1868-1921）她在哈佛大學天文台的工作。當時的哈佛天文台台長愛德華‧皮克林（Edward Pickering，1846-1919）為了減少人事開銷，將負責計算的男性職員換成了女性（當時的薪資只有男性的一半）。[6]
這些「哈佛計算員（Harvard computers）」（圖三）的工作就是將已經拍攝好的感光板拿來分析、計算、紀錄等。這些計算員們在狹小的空間中分析龐大的天文數據，然而薪資卻比當時一般文書工作來的低。以勒維特來說，她的薪資是時薪 0.3 美元。順帶一提，這相當於現在時薪 9 美元左右，約略是台灣最低時薪的 1.5 倍。[6][7][8]
圖三：哈佛計算員。左三為勒維特。圖片來源：參考資料 9
勒維特接到的目標是「變星」，工作就是量測、記錄那些感光板上變星的亮度 。她在麥哲倫星雲中標示了上千個變星，包含了 47 顆造父變星。從這些造父變星的數據中她注意到：這些造父變星的亮度變化週期與它們的平均亮度有關！愈亮的造父變星，變化的週期就愈久。麥哲倫星雲離地球的距離並不遠，可以利用視差法量測出距離。用距離把亮度還原成光度以後，就能得到一個「光度與週期」的關係（圖四），稱為「週光關係（Period-luminosity relation）」，又稱為「勒維特定律（Leavitt’s Law）」。藉由週光關係，搭配觀測到的造父變星變化週期，就能得知它的平均光度，能把它當作一支標準燭光！[6][8][10]
圖四：造父變星的週光關係。縱軸為平均光度，橫軸是週期。光度愈大，週期就愈久。圖片來源：NASA [11]
從「造父變星」與「宇宙膨脹」
發現造父變星的週光關係的數年後，埃德溫‧哈柏（Edwin Hubble，1889-1953）就在 M31 仙女座大星系中也發現了造父變星（圖五）。數個世紀以來，人們普遍認為 M31 只是銀河系中的一個天體。但在哈柏觀測造父變星之後才發現， M31 的距離遠遠遠遠超出銀河系的大小，最終確認了 M31 是一個獨立於銀河系之外的星系，也更進一步開拓了人類對宇宙尺度的想像。後來哈柏利用造父變星，得到了愈來愈多、愈來愈遠的星系距離。發現距離我們愈遠的星系，就以愈快的速度遠離我們。從中得到了「宇宙膨脹」的結論。[10]
什麼是「造父變星」？標準燭光如何幫助人類量測天體距離？——天文學中的距離（四） - PanSci 泛科學 https://bit.ly/49hfQx7
圖五：M31 仙女座大星系裡的造父變星亮度隨時間改變。圖片來源：NASA/ESA/STSci/AURA/Hubble Heritage Team [1]
造父變星作為量測銀河系外星系距離的重要工具，然而勒維特卻沒有獲得該有的榮耀與待遇。當時的週光關係甚至是時任天文台的台長自己掛名發表的，而勒維特只作為一個「負責準備工作」的角色出現在該論文的第一句話。哈柏自己曾數度表示勒維特應受頒諾貝爾獎。1925 年，諾貝爾獎的評選委員之一打算將她列入提名，才得知勒維特已經因為癌症逝世了三年，由於諾貝爾獎原則上不會頒給逝世的學者，勒維特再也無法獲得這個該屬於她的殊榮
什麼是「造父變星」？標準燭光如何幫助人類量測天體距離？——天文學中的距離（四） - PanSci 泛科學 https://bit.ly/49hfQx7