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2017年11月30日，是中国科学界值得骄傲的日子。

著名期刊《自然》发布：中国人用自己发射的“悟空”号卫星，为全人类首次发现疑似暗物质踪迹。

如此重磅的消息令众人沸腾，一旦证实将直接改写我们的物理课本。

尽管目前仍未确定，但正如中科院院长白春礼所言，这无论如何都将是一项重大发现。

而暗物质无疑是21世纪最重要的科学谜团，至今无法知晓它究竟是什么。

科学家能确定的是，宇宙中存在大量我们看不见摸不着的物质。

可明明宇宙中有着那么多璀璨夺目的星星，怎能让人相信宇宙中大量的东西是根本看不到的？

这对于很多人来说，接受这一想法不亚于登天。

正因如此，当暗物质这一概念首次提出时遭受到了百般冷落。

直到这位女天文学家维拉·鲁宾的出现才打破这一僵局。

她是为全人类证实暗物质存在的第一人，真正开创了暗物质研究的领域。

正是她的发现，才彻底颠覆了我们对整个天文学和物理的认识。

然而，她的一生也和当时其他女科学家一样，科研路充满曲折。

在歧视与不公中，她完全是靠着不服输的精神向前冲，才获得肯定。

遗憾的是，直到这位“暗物质之母”去世时，也没能成功获得诺贝尔奖。

维拉·鲁宾，一个降生在美国犹太家庭里的女孩。

她从小就痴迷于璀璨的星空，立志当一名天文学家。

14岁那年，她在父亲的帮助下成功制作了一架望远镜。

小小年纪的她还冒充高中毕业生参加各种天文爱好者的聚会。

然而，在那个年代女性想要搞科研难免遭受冷眼。

她的高中物理老师就老是用冷嘲热讽的态度劝她远离科学。

对此，她反倒披荆斩棘考上了凡瑟学院，成为天文系唯一的女生。

在大一的暑假，她认识了罗伯特·鲁宾，一位来自康奈尔大学的研究生。

毕业后，他们走进了婚礼的殿堂。

不像大部分女子从此走上相夫教子的道路，她选择了继续深造。

她原本打算在普林斯顿大学攻读研究生，可当时该校不允许女性研究天文学。

普林斯顿的院长直接将其拒之门外，并认为女性学习天文学毫无意义。

不过，在她的坚持与努力下，她先后在康奈尔和乔治城大学获得了硕士和博士学位。

在这期间，她也找到了自己为之着迷的研究方向——星体运动的规律。

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在她的硕士论文里，她就分析了超过一百个星系的运动，博士论文更是研究了宇宙中星系分布的规律。

之后，她凭借着优异的表现进入了乔治敦大学工作，但时常受到区别对待。

一次，她带着1个月大的婴儿在暴风雪中驱车前往另一个洲参加学术会议。

当她在会上有理有据地指出自己对一份论文的质疑时，却因女性身份受到了无理的羞辱。

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又比如，当她很荣幸获得了与著名的天体物理学家乔治·加莫的会面机会，却因女性不被允许待在办公室的荒谬规定使得两人只好在大厅的走廊上进行会谈。

类似的事情不在少数，但她仍专注自己的工作，并于1965年成为历史上第一位有权使用帕洛玛天文台的女科学家。

在她之前，女性是不准到帕洛玛天文台进行工作的。

可当到了天文台之后感受到了不少敌意。最难以忍受的是在那里她找不到可以上厕所的地方。

为了表示抗议，她只好回到房间将纸剪成裙子状，并将其粘到了某个男厕的门上。

解决完生活中琐碎的问题后，鲁宾继续洋溢着对天文学研究的热情。

借助着最高级的设备，她和天文学家肯特·福特通过拍摄光谱对遥远天体的运动进行研究。

在那个年代，天文台拍摄到的光谱能将天体发出的光分隔成不同的颜色，通过多普勒效应就能知道目标天体的运动情况。

所谓的多普勒效应，是指波源和观测者之间存在相对运动，会导致测量频率改变。

如果两者相互接近，频率增加；反之则频率减小。

比如当汽车靠近时汽笛声会越来越高亢，而远去时声音会变得十分低沉。

多普勒效应

多普勒效应适用于所有类型的波，当然也包括电磁波，光波。

由此，科学家爱德华·哈勃提出了宇宙正在膨胀的规律：星系和类星体离我们越远，它们发出的光就会更加呈红色，也就是逐渐向光谱的低频部分移动。

简单来说，假如恒星面朝我们而来，那么它们发出的光波长会被压缩，产生所谓的蓝移现象；

假如恒星远离我们而去，那么它们发出的光波长会被拉伸，产生所谓的红移现象。

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天体中常见的红移现象

天文学家则能用光谱仪将星光分解为非常细小的谱线，通过细致地比对星系不同部分谱线中存在的差异，获知星系不同部分相对于地球的运动速度。

那个时候，鲁宾拍摄的是离人类最近的大型星系仙女座的光谱。

仙女座的大银河

按照牛顿的万有引力定律，如果你在太空中围绕一个质量更大的天体旋转，那么你离那个天体越远，你的运动速度就应该越慢。

比如，在太阳系里，离得近的水星在其轨道上绕太阳运转的速度就比离得远的海王星快。

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鲁宾在计算和绘制星系中星星的运转速度图时，预测结果应该是这样的：

越接近银心的星星就运转的越快。反之，当随着星星远离银心，轨道速度就越来越慢。

可是当她夜以继日地将结果算出来后，却意外地发现星系边缘的恒星和离中心更近的星星运转速度大致相同。

一开始，鲁宾以为是计算过程出错了，可反复计算还是得到了一样的结果。

为了找出原因，她查阅了其他资料，才知道自己并非是首个注意到该异常现象的人。

就在30年代，美国天文学家H·W·巴布科克也曾观察到附近的仙女座星系旋转得比预测得快。

无独有偶，瑞士天文学家弗里茨·兹威基也在后发座星系团的一些星系中发现了这种现象。

首次提出暗物质概念的弗里茨·兹威基

他们对这种现象提出了不同的解释，巴布科克认为这可能与光的吸收有关。而弗里茨则是提出是因为星系周围存在的不发光物质的影响。

可由于他们只是在个别星系中发现该现象，并未证实也没有引起科学家的重视。

为了进一步解释这一现象，鲁宾率先进行了大规模的研究。

细心的鲁宾一遍遍地绘制了银河系的运动曲线，并标记了从中心到边缘的速度。

最终，她发现这种现象不只存在于个别星系中而是普遍存在于宇宙中。

20世纪70年代 ，她将这一发现撰写成论文并发表在相关的天文期刊上。

论文中不仅公布了大批数据，还显示她研究对10个星系的研究结果。

和最初的观测结果一样，所有的旋转曲线都是相对平缓的。

无论是远离星系中心的恒星，还是距离星系中心更近的恒星旋转的速度都差不多快。

在这基础上，她还意识到暗物质的假设和她对星系的研究发现是一致的。

她的计算表明，星系中的暗物质至少含有普通物质的五到十倍。

如果星系里存在很多我们无法探测到的物质，那么这就能解释银河系旋转得那么快了。

至于人类现在知之甚少的暗物质，其实对理解宇宙的形成、演化、完善物理学都有着重大意义。

它的存在也正如鲁宾所言：“对不起，我知道这么少。对不起，我们都知道的很少。但这很有趣，不是吗？”

*参考资料

Vera Rubin. Wikipedia.2018.07.22

"Vera Rubin, 88, Dies; Opened Doors in Astronomy, and for Women". The New York Times. Retrieved December 27, 2016

Dark matter.Wikipedia.2018.07.16

Vera Rubin and Dark Matter, American Museum of Natural History

Vera Rubin Early Career Prize". Division on Dynamical Astronomy. Retrieved July 7, 2017.

Vera Rubin didn’t need a Nobel Prize; the Nobels needed herBy Elizabeth Lopatto@mslopatto  Dec 27, 2016.

视频：薇拉·鲁宾是如何发现暗物质存在第一直接证据的 来源：SciShow Space （YouTube）