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最早发现温室效应的科学家,不是他,是她?

她是被遗忘的“气候先驱”,在过去的一个多世纪里,没有人知道和承认她的发现,也没有人知道她的真实样貌。

图源 | helenjessicaliggat.co.uk

导  读

工业革命以来,人类活动(燃烧化石燃料、牲畜粪便发酵、稻田粪肥发酵等)使得大气中的温室气体含量急剧增加(尤其是二氧化碳和甲烷)。今天,温室气体排放导致的气候变化,已经成为我们不容忽视的严峻问题。但很多人可能不知道,早在160多年前的1856年,美国的一位女科学家就证实了大气中的二氧化碳和水蒸气具有温室效应、其含量的改变能引起气候变化。

这位伟大的“气候先驱”名叫尤妮斯·富特(Eunice Foote,1819-1888),她是第一位把二氧化碳和气候变化联系起来的科学家,由此奠定了现代气候变化科学的基础。然而,过去百年间,气候领域并未认识到她的贡献。直到2011年,她的名字才被人从故纸堆中挖掘出来。利用零碎的资料记录,人们拼凑出这位富有洞见的女科学家曾经的工作图景。

撰文 |王雨丹

责编 |王一苇

1856年8月23日,纽约州奥尔巴尼。

这一天,美国科学促进会(American Association for the Advancement of Science,AAAS)正举行第八届会议,一位教授在会议上宣读了一篇名为《影响太阳光热量的环境》(Circumstances affecting the heat of the sun's rays)的论文。这篇论文首次揭示了二氧化碳和水蒸气在温室效应中的重要作用,论文作者尤妮斯·富特(Eunice Foote)也在场,时年37岁的她已为人母,是一名“业余”科学家。

尤妮斯1819年出生于美国东北部康涅狄格州的一个姓牛顿(Newton)的农夫之家,后成长于纽约州的布卢姆菲尔德(Bloomfield),1836年至1838年就读于特洛伊女子神学院(后改名为埃玛·威拉德女子中学),这是一所被称作“女性教育圣地”的女子学校。在这里,她于附近的一所理学院学习了基础化学和实验技术,为今后的科研打下了基础。[1,2]

1841年,尤妮斯与法官伊莱沙·富特(Elisha Foote)结婚,婚后,她的生活重心转移到了家庭,但在相夫教子之余,她还喜欢鼓捣科学实验,成了一位超前于时代的“斜杠女性”。

她的实验器材很简单:一个空气泵、四支温度计和两个直径4英寸、长度30英寸的玻璃圆筒。实验步骤也很简单:首先,在每个玻璃圆筒中放置两个温度计,然后使用气泵将一个玻璃圆筒中的气体排出并在另一个玻璃圆筒中冷凝,使两个玻璃圆筒达到相同的温度。然后,她将装有温度计的玻璃圆筒置于阳光下,测量加热后和不同湿度状态下的温度变化(并通过温度变化比较气体对太阳光照射的热效应)。她分别用氢气、普通空气和二氧化碳重复了这个过程。

在测试的气体中:潮湿的空气相比干燥的空气能吸收更多的太阳辐射;二氧化碳与一般的空气相比吸收的太阳辐射也更多。基于此,富特认为“含有这种气体(CO2)的大气会给我们的地球带来高温。”她证明了二氧化碳和水蒸气从太阳辐射中吸收热量,并假设它们的可变性与气候变化的可能原因有直接联系。[2-4]

她将自己的这一发现写成了短短的两页论文,并于1856年在美国科学促进会的第八届会议上进行了展示。每年年会,来自美国各地的科学家都会汇集在这个会议上并讨论各自领域的进展、分享突破性的新发现,而这是自首届会议以来参加人数最多的一次会议。经此一会,“初出茅庐”的富特小范围内收获了一定知名度。

会后,这一论文在《美国科学与艺术杂志》(American Journal of Science and Arts)上发表;在当年9月出版的《科学美国人》(Scientific American)杂志中,她赢得了简短但热烈的赞扬:“我们很高兴,这一发现是由一名女性完成的……这充分证明了女性有能力独创、精确地研究任何科学话题。”次年,她的这一工作被写进《科学发现年鉴》(Annual of Scientific Discovery)杂志中。[4,5]

1856年,富特的论文发表在《美国科学与艺术杂志》上 | 图源[8]

论文很短,研究却很重要。富特的这一发现意义重大,是温室效应和现代气候科学的关键原理之一,也是我们今天理解气候变化的基石。

故事到这里似乎就应该结束了。看起来,这是一个 “女性科学家一边带娃一边科研然后发paper” 的励志案例,但现实总是曲折、艰辛和充满戏剧性。实际上,富特当时并未“出圈”:其研究没有得到相应的认可和荣誉:一直以来都没有人承认她是做出这一发现的第一人,直到一百多年后她的名字才被一位学者无意中发现。甚至,就连她的科研成果都很可能遭到后来者的“掠夺”。 

而她的遭遇,很大程度上只是因为她的性别。

首先,当时在会议上宣读论文的并不是富特本人,而是美国著名科学家约瑟夫·亨利(Joseph Henry,1797-1878)。当时的她不允许上台,科研成果只能由他人代为展示。根据AAAS档案管理员的说法,富特能够展示她的论文(即使不能亲自上台)都是沾了丈夫的光——他是AAAS的成员。其次,她的论文也没有像其他研究一样被记录在当时的年度会议记录上,而寥寥的几篇新闻报道也并没有引起学界的注意,她和她的研究如同就此隐形了一般。

就这样,这位伟大女性的发现一直不为人知,直到2011年,退休的石油地质学家雷·索伦森(Ray Sorenson)在1857年出版的《科学发现年鉴》中发现了富特的工作。他很快意识到,富特是第一个将二氧化碳与气候变化联系起来的人,但一个多世纪以来她的工作却一直没有得到认可。 

不仅如此,就连她的样子我们也无从知晓,她没有留下公开的照片,在一些介绍她的文章中,她被描述为一名身材矮小、椭圆脸、深棕色头发和灰蓝色眼睛的女人。[4]

会议后,事情的发展更是令人扼腕。在富特发表论文三年后,戏剧性的一幕出现了:有人发表了跟她十分相似的研究,但没有提及她。

这里的故事要从气候变化的研究历史讲起。

气候变化的研究始于19世纪20年代[6]。历史上第一个提出“温室气体”概念的人是法国科学家约瑟夫·傅里叶(Joseph Fourier),早在1824年,他就提出可能有“温室气体”的存在。20多年后(1859年),爱尔兰物理学家约翰·廷德尔(John Tyndall)将温室效应与大气中的特定气体联系了起来:他利用实验数据验证了水蒸气和二氧化碳是吸收太阳辐射的主要成分。他的这一发现发表在当年的《英国皇家学会会刊》(Proceedings of the Royal Society)上,当时他是该刊的研究员。

一直以来,学界普遍认为廷德尔是发现温室效应的第一人。廷德尔的研究比富特论文问世的时间晚了三年,但他却没有提及富特的研究。加上其研究结果与富特的研究十分相似,于是今天的学界便对廷德尔有质疑,认为其可能知道富特的研究却没有提及此事,属于学术不端。

这一质疑并非无端猜忌,随着富特的故事被越来越多的人知晓,她和廷德尔的“联系”也被逐渐勾勒出来。

2018年,加州大学圣芭芭拉分校的访问学者、作家约翰·佩林(John Perlin)在一次名为《科学不分性别?》(Science Knows No Gender?)的研讨会上介绍了富特可能被男性“抢功”的故事。他表示,富特的研究都收录在廷德尔几乎肯定看过的一些出版物中,他不可能不知道她的研究,只是故意忽视了。[7]

首先是索伦森在2011年无意中读到的《科学发现年鉴》。这是一本在波士顿出版的科学杂志,主要内容是对前一年科学进展的系列回顾(几乎涵盖整个北美和欧洲地区)。它的刊载时间不长(从1850年起到1865年止),但其先后收录了富特和廷德尔的研究(前者以摘要形式收录于1857年,后者收录于1860年),这本书很有可能在廷德尔的阅读之列,他有可能看到富特的研究。[8]

另外,在1856年出版的《美国科学与艺术杂志》(American Journal of Science and Arts)上,不仅发表了富特的论文,同时还有一篇廷德尔关于色盲研究的论文!这几乎成了一些学者质疑廷德尔的“铁证”:自己的文章发表之后,他不可能不去翻看这本杂志,自然也就很可能看到富特的研究。[4]

除了这篇关于温室效应的论文,富特还于1858年在《哲学杂志》上发表了一篇关于电励磁的论文(On a New Source of Electrical Excitation)[9]。而廷德尔不仅是该刊的编委会成员,1861年,他关于温室效应的第二篇论文也发表于此[10]。

廷德尔是否看过富特的研究,却“故意”没有提及,我们不得而知。但在廷德尔的许多文章中,他都会注明引用了其他哪些人的研究(都是男性科学家)。在1859年关于温室效应的论文中,他也提到自己受到德·索绪尔(de Saussure,1740-1799)、傅里叶(Fourier,1768-1830)、普雷特(Pouillet,1790-1868)和霍普金斯(Hopkins,1793-1866)等前人关于该领域研究的影响。因而,质疑他的人认为他知道富特的研究,却因为她的性别而对其不加提及,从而后来居功。[11]

不过,也有反对的声音。英国科学史家罗兰·杰克逊(Roland Jackson)认为,虽然二人的研究有相似之处,但由于当时欧美科学界间沟通不畅,所以廷德尔可能真的不知道富特及其论文的存在。就研究内容而言。廷德尔的实验方式也与富特有不同之处,且廷德尔的研究相较富特更为完善和严谨:他证明了温室效应不是由阳光直射引起的,而是源于地球温暖表面产生的红外辐射。

杰克逊认为,科学研究中确实会存在几个人在相似的时间点上以不同方式进行研究、但彼此并不知情的情况。其次,关于富特研究的一些报道受众范围小,“不太可能在欧洲和英国被大量阅读”,而且他认为“即使廷德尔读到了,也不太可能故意隐瞒这些信息。这不符合他的性格,而且会有风险。”[11] 

富特和廷德尔两人力量悬殊:富特学历有限,也并不是专业的科学家,而廷德尔获马尔堡大学博士学位,并先后在马尔堡、柏林及伦敦与当时一些顶尖的实验物理学家一起工作。

值得一提的是,富特并不仅仅只是一名(业余)科学家,她还是美国早期女权运动的核心人物,她的邻居伊丽莎白·卡迪·斯坦顿(Elizabeth Cady Stanton)就是当时著名的主权主义者。1848年,她还参与组织了美国的第一次女权会议塞尼卡福尔斯大会,会议通过了“确保女性与男性平等参与社会活动”的宣言。

而廷德尔的个人传记,则透露了他对女性科学家的性别偏见:廷德尔“经常对女性的智力表现得很惊讶,不认为她们具有和男性科研人员相同的创造力”。[12]

女权运动兴起的背后,是19世纪社会文化之下的男女权利失衡。当时的欧美,女性接受高等教育的机会有限,进入科学界的则更稀少。AAAS等科学机构在1850年之前所有成员都是男性(之后即使准许女性进入,但不仅数量上有限,而且她们的头衔仅为“成员”而非“专家”或“研究员”),科学领域在很大程度上还是由男性主导。[5,13]

这样的环境使得女性科学家只能夹缝中求生。19世纪,美国女性一共只发表了16篇物理学论文,只有两篇是在1889年之前发表的,这两篇还都是富特的论文。[11]

在1856年的那个会议上,宣读富特论文的亨利其实还说了这样一句话:“科学不分国界,不分性别,女性的世界里不仅是美丽和实用,还包括真实的东西。”(Science was of no country and of no sex. The sphere of woman embraces not only the beautiful and the useful, but the true.)[4]愿望很美好,但现实中,科学似乎还是“分性别”的,不管是19世纪,还是现在。

《知识分子》去年10月份的一篇文章谈到科学界论文引文里的性别偏见:在科学界,对女性的歧视一直存在,在多个领域中(尤其是天文学、国际关系和政治科学)均有研究发现,女性主导的研究被严重低估。而这只是男女不平等的冰山一角。[14] 

回到富特的故事,当时她不允许上台介绍自己的研究、论文不被收录在会议记录中,这些因性别而生的不公平待遇是实际存在的。一百年后,女性在科学界的境遇极大改善,但或显性或隐性的歧视仍然存在。从百年前votes for women的振臂高呼,到上世纪六七十年代起女性主义学术研究的兴起,再到如今的论文引用性别偏见,男女平权之路我们走了很久,但仍有好长的路要走。
 

彩 蛋 !

虽然我们不知道富特长什么样子,但她的故事在2018年被拍成了短片Eunice,由英国女演员Helen Jessica Liggat出演。片中的富特有着一头棕色的长发和深邃的双眼,为了论文能公开发表,她与丈夫据理力争,并带着女儿参加了当年的会议,感兴趣的读者可以看看。(链接:https://www.youtube.com/watch?v=WxgAOKzOcBU)

1856年AAAS会议上的富特一家(前排中为富特,旁边是她的丈夫和女儿)| 图源helenjessicaliggat.co.uk

富特给女儿讲自己的研究 | 图源helenjessicaliggat.co.uk

短片末尾回顾了富特的故事

参考资料:

1.https://wc.rootsweb.com/trees/198146/I7746/-/individual

2.https://en.wikipedia.org/wiki/Eunice_Newton_Foote

3.https://books.google.co.uk/books?id=6xhFAQAAMAAJ&pg=PA382#v=onepage&q&f=false

4.https://thinkprogress.org/female-climate-scientist-eunice-foote-finally-honored-for-her-contributions-162-years-later-21b3cf08c70b/

5.https://www.smithsonianmag.com/science-nature/lady-scientist-helped-revolutionize-climate-science-didnt-get-credit-180961291/

6.https://zh.wikipedia.org/zh-cn/%E6%B8%A9%E5%AE%A4%E6%95%88%E5%BA%94#cite_note-5

7.https://www.youtube.com/watch?v=yHc5Ike2GIA

8.https://www.searchanddiscovery.com/pdfz/documents/2011/70092sorenson/ndx_sorenson.pdf.html

9.https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/1478644580864247110.https://www.tandfonline.com/doi/abs/

10.1080/14786446108643138

11.https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rsnr.2018.0066

12.https://www.google.com/books/edition/The_Ascent_of_John_Tyndall/TWpNDwAAQBAJ?hl=en&gbpv=0

13.https://jhupbooks.press.jhu.edu/title/women-scientists-america

14.https://mp.weixin.qq.com/s/5cnE7ZIn6S2mUq9GkahYDg

 



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