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1943年6月15日，乔瑟琳·贝尔·伯内尔（J. B. Burnell, 1943—）出生在英国北爱尔兰贝尔法斯特。她从小就对自然科学知识感兴趣，并立志成为一名科学家。她曾在南安普顿大学、穆拉德空间科学实验室、爱丁堡皇家天文台等高校与研究机构从事研究工作，担任过爱丁堡皇家学会（RSE）主席、英国物理学会（IOP）的首位女性主席、牛津大学天体物理学客座教授等职位。2018年，基础物理特别突出奖颁发给了贝尔，以表彰她在发现脉冲星上做出的贡献以及多年来在科学界所展现的杰出领导力 [1]。 早期求学 贝尔的父母很重视子女的教育，她从小就得到了良好的教育。贝尔的父亲是个建筑师，贝尔上中学的时候，父亲在英国的阿马天文台（Armagh Planetatium，位于英国北爱尔兰阿马郡的阿马城，距离贝尔居住的贝尔法斯特不远）做建筑工作，她经常跟着父亲去天文台。贝尔经常和天文台的工作人员聊天，受他们的影响，她开始对天文学产生了浓厚的兴趣 [2]。当时很少有女孩会学习自然科学，因此在课程安排上，也会对男孩和女孩区别对待，男孩会学习自然科学，而女孩通常会学习烹饪等生活技能。但是贝尔发现自己真正感兴趣的是天文学 [3]。 贝尔在11岁时没通过英国的11+考试（相当于中国的小升初考试。因为参加考试的学生大多是11岁，所以常被称为“11岁考试”或“11+考试”。11+考试会决定孩子们未来的培养方向。通过11+考试的孩子，将接受中等教育。没有通过11+考试的孩子，将接受职业技术培训）。于是到英格兰北部的一所寄宿学校学习了两年。贝尔在寄宿学校遇到了一位有趣的物理老师亨利·蒂洛特（Henry Tillot），这位物理老师激发了她对物理的兴趣 [4]。在寄宿学校的第一次科学考试中，贝尔取得了第一名的好成绩 [4]。但是在这次考试中她答错了一个题，这个题目是关于光速的。她认为光速186 000英里/秒太快了，因此将186 000英里/秒改成了186 000英里/小时 [4]。这一次考试让她开始深入地思考物理问题，从此与物理结缘。 中学毕业后，18岁的贝尔在苏格兰的格拉斯哥大学学习物理学，作为班上唯一的女生，当她进入教室时，男生常会起哄 [3]。因为当时几乎没有女性会学习物理学，贝尔总是因此受到大家的关注和质疑。 1965年，贝尔到剑桥大学攻读博士，她的导师是著名的射电天文学家安东尼·休伊什（Antony Hewish, 1924—）。当时的休伊什正在研究类星体，为了观测到更多的类星体，他打算修建一个大型的射电望远镜。这个射电望远镜项目是由2048个偶极子天线组成的一个天线阵列，而这个大型的工程是由休伊什团队的科学家们亲自建设的。刚刚进入剑桥大学的贝尔也加入到了建设工作中。因为射电望远镜的建设工作比较艰苦，需要在工地上做一些体力工作，如抡大锤打桩子、拿扳手扭电线等。所以，贝尔的同事们认为她不适合做这类建筑工作 [3]。但是贝尔并没有因为建筑工作很艰苦而退缩，反而很积极地投入其中 [3]。1967年，射电望远镜建设完成并投入使用，成为发现脉冲星的重要工具。
贝尔(左)与休伊什(右) [3]
贝尔与偶极子阵列 发现脉冲星 贝尔最先取得的研究成果是发现脉冲星，这也成为了她最有争议、最有影响的研究成果。不过，发现脉冲星是一个偶然的事件，因为他们当时的研究目的是发现更多的类星体而不是发现脉冲星。1960年代，科学家们才发现类星体。类星体是一种能量巨大且距离地球很遥远的射电星系，但是当时还不知道哪些射电星系是类星体。因此，识别更多的类星体成为了休伊什的研究目标。 剑桥大学在赖尔（M. Ryle）的领导下建造了先进的天文观测仪器，为发现脉冲星提供了良好的技术基础。1965年，休伊什向科学研究委员会申请了一大笔资金，用于建造射电望远镜 [5]。这个望远镜利用了行星际闪烁（interplanetary scintillation, IPS，一种明显的射电源辐射波动，由无线电波在星际空间穿过太阳风时形成）的技术，IPS能够有效地选择类星体。射电望远镜使用了2048个偶极子天线组成一个天线阵列，覆盖了18 000平方米的面积，这也极大地提高了射电望远镜的灵敏度。由于射电望远镜的分辨率与波长成反比，所以为了获得较高的分辨率，射电天文学家们通常会采用较短的波长去观测天体物质 [6]。休伊什设计的射电望远镜反其道而行，它能够在相当长的波长上运行，对无线电波也很敏感，也更加容易发现脉冲信号。1967年，这个射电望远镜建成并投入使用。 1967年之前还没有“脉冲星”这个概念，脉冲星实际上是旋转的中子星。科学家们在1930年代就预言了中子星的存在，但是一直没有人发现中子星，直到发现了脉冲星，才证实了中子星理论的正确性。脉冲星的发现也间接验证了爱因斯坦的广义相对论，为之后探索引力波、黑洞，探索暗物质等领域奠定了基础。 贝尔的工作主要是负责操作大型望远镜和分析相关的数据。望远镜每天产生的大量图表数据都由她分析，她需要通过图表识别行星闪烁和干扰，这不是一件简单的事情。因为当时还不能利用计算机对数据进行大量分析，贝尔需要手动计算大量数据，也需要保持高度警惕以便识别出特殊的信号。在开始研究的8周后，她发现记录有一点“不稳定”，看上去既不完全是闪烁的光源也不完全是人为干扰的。刚开始她认为这是个点光源，并进行了仔细的检查。同时联系了自己的导师休伊什，休伊什觉得这个信号像是人为干扰的，并很快组织了团队进行讨论，但是并没有讨论出什么结果 [7]。 由于当时还没有脉冲星的概念，所以这个“不寻常的信号”被猜测是人为干扰信号、白矮星发出的信号，甚至被认为是外星人发出的信号。这些猜测很快被一一否定。由于刚开始并不知道这就是脉冲星发出的信号，她们便将发现的信号称为“小绿人”（little green men, LGM），戏称是外星人发出的信号。接着，贝尔又发现了小绿人二号、三号、四号。由于更多的信号被发现，“小绿人是外星智慧生物给地球发射的信号”的这一猜测便被否定了。如果是外星智慧生命发出的信号就应该观测到同一方向下同一频率闪烁的信号，但是他们发现的4个信号源并不是源于同一方向，也不是以同一频率闪烁的。这些信号只有可能是来自星体的辐射。 他们又开始尝试利用白矮星和中子星的理论来解释发现的脉冲信号。1968年2月休伊什团队在《自然》杂志上发表论文《对一颗快速脉动射电源的观测》，4月又发表了《快速脉动无线电源的观测》。文中休伊什对脉冲信号还没有完整地定义，提出用白矮星或中子星的稳定震荡来解释 [8]，还表示脉冲的变化不能归因为星际尘埃 [9]。不过很快，脉冲星是白矮星的说法也被排除了。 1968年5月戈尔德（Thomas Gold）在《自然》上发表《旋转的中子星是脉冲射电源的来源》，猜测新发现的射电源有可能是旋转的中子星，因为当时已知的星体中还没有发现哪一个能像新发现的射电源那样拥有这么短又准确的周期 [10]。至此，脉冲星开始被认为是旋转的中子星。脉冲星的发现也为天文学开创了一个新的研究领域，科学家们就脉冲星的演化过程、辐射机制、基本结构等方面展开了详细的研究。 1974年，休伊什和赖尔共同获得了诺贝尔物理学奖。休伊什获奖是因为他发现了脉冲星，赖尔获奖是因为他发明了综合孔径射电望远镜。另一个关于脉冲星的重大发现是由美国的天文学家胡尔斯（R. A. Hulse）和泰勒（J. H. Taylor）共同发现的双星系统。1993年，拉塞尔和约瑟夫因为发现双星系统，共同获得了诺贝尔物理学奖。虽然有些科学家对于贝尔没有获得诺贝尔物理学奖有争议，但是贝尔本人并没有因此而烦恼。 贝尔在发现脉冲星上做出的贡献得到许多科学家和科研机构的认可。天文学家霍伊尔（F. Hoyle）和戈尔德都认为贝尔在发现脉冲星上跨出了至关重要的一步，认为贝尔的观测工作有效地识别了脉冲信号是随恒星时间改变位置的。休伊什也表示：如果贝尔没有注意到信号源的特殊规律，那么将会错过发现脉冲信号的机会 [2]。1973年，休伊什和贝尔获得了迈克尔孙奖章。这说明在1974年诺贝尔物理学奖颁布之前，科学家们就已经认可了贝尔的贡献。2011年，贝尔获得了格雷特·雷伯奖章，该奖章只授予无线天文学领域，这充分肯定了贝尔在无线天文学方面的贡献。
发现的信号源 [5] 博士毕业后的研究与工作 贝尔博士毕业后的研究范围涉及伽马射线、X射线、红外射线等领域。她在从事研究工作的同时还兼任一些教学和行政工作。1968年贝尔与丈夫马丁·伯内尔（M. Burnell）结婚，马丁是一名政府官员。由于马丁的工作常需要更换工作地点，使贝尔很难长期在一个固定的地方做研究，还需要经常改变自己的研究方向以适应新的研究环境。每次搬家她都要在当地找与天文学或物理学相关的工作，她做了18年的兼职，担任过南安普顿大学、伦敦大学的教师，莫纳克亚山的詹姆斯克拉克麦克斯韦望远镜的项目经理。可惜贝尔与马丁之间的婚姻最终还是因为种种原因，在1993年破碎。 科研方面，贝尔主要在高校与研究机构做数据分析和项目管理。1968—1978年，贝尔在南安普顿大学工作。在这期间，她参与了Alouette卫星的数据分析，1970年之后又开始研究伽玛射线。1974—1982年，贝尔在穆拉德空间科学实验室工作，主要研究方向是X射线，并参与了Ariel卫星的数据分析。1982年担任了英国皇家天文台主导的詹姆斯克拉克麦克斯韦望远镜项目的项目经理。詹姆斯克拉克麦克斯韦望远镜项目是由英国、荷兰、加拿大联合组织的设施，当时贝尔的研究领域涉及对无线电波到伽马射线的大部分电磁场光谱的观测 [4]。虽然贝尔的研究领域很广泛，就职的机构也比较多，但是这段时间的贝尔还没有获得固定的职称。直到1991年，贝尔才在开放大学得到了第一个终身职称。 教学方面，贝尔主要在高校教授物理学、天文学的入门课程。她曾担任南安普顿大学、开放大学、普林斯顿大学、牛津大学等高校的教师。贝尔在南安普顿大学等高校上课时，采取的是面对面的课堂教学模式。而开放大学的授课方式与其他高校不同，采取的是远程教学的授课模式。远程教学的授课模式对于老师的授课方式和地点没有这么严格。贝尔可以通过网络、信函等方式与学生们进行交流。开放大学灵活的授课模式让贝尔有更多的时间兼顾工作与家庭，因此从1973年开始贝尔就在开放大学担任兼职教师 [4]。
坐在电脑前工作的贝尔 [4] 管理方面，贝尔在国际天文联合会（IAU）、英国物理学会（IOP）和英国皇家天文学会（RAS）等研究组织和机构中主持重大会议、组织基金建设。IAU每3年举行一次大会，各国的科学家会在大会上讨论重要的天文问题。贝尔有时会作为决议会的主席成员，需要主持IAU大会，还要协调大会中成员中的不同决议。由于贝尔杰出的科研能力和管理能力，她在2002年担任了RAS的主席，2008—2010年又担任了IOP的主席，这是IOP第一次有女性担任这个职位。在IOP就职期间，贝尔一直很关注女性科学家在科学研究中的近况，还积极地参与促进科学性别平等发展的项目。她曾参与过雅典娜天鹅（Athena SWAN）计划和朱诺项目（Project Juno）的实施，这两个计划都是IOP为了推进科学平等而实施的项目。 另外贝尔还促成了贝尔·伯内尔研究生奖学金的成立，这笔资金源于她在2018年获得的基础物理特别突出奖。她在获得230万英镑的奖金后，积极地和IOP讨论如何使用这笔资金来帮助有困难的研究生。最后，贝尔决定将这笔资金交给IOP来管理，成立了贝尔·伯内尔研究生奖学金。这个奖学金的设立主要是为了促进英国和爱尔兰地区物理学者的多样性，促进物理学教育的平等，帮助有困难的博士研究生 [1]。 贝尔这种淡泊名利、无私奉献的精神感染着无数立志投身于科学事业的年轻学者。纽约熨斗研究所（Flatiron Institute）的天文学家基娅拉·明加雷利（Chiara Mingrelli）在贝尔获得基础物理特别突出奖后说道：“我想不出还有谁比她更值得获这个奖，贝尔不仅是天文学领域的先驱和领导者，还是杰出的女性榜样——是支持女性从事科学研究的捍卫者。” [1]  乔笑斐，副教授；梁梦鸽，硕士研究生：山西大学科学技术史研究所，太原 030006。 Qiao Xiaofei, Associate Professor; Liang Mengge, Master Degree Candidate: Institute for History of Science and Technology, Shanxi University, Taiyuan 030006.   |
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