凯瑟琳・约翰逊:被称作“电脑”的“隐藏人物”

—— 航空航天科学家系列之凯瑟琳·约翰逊
作者:朱磊来源:蝌蚪五线谱发布时间:2017-01-04

凯瑟琳·约翰逊是一位非裔美籍太空科学家和数学家。在美国太空探索史上,她是一个风云人物。

  1月6号,一部名为《隐藏人物》(Hidden Figures)的电影即将上映,它将主要讲述一个被忽视的群体——美国NASA非洲裔女科学家的奋斗历程。

  这部电影由金球奖视后塔拉吉·汉森(Taraji Henson)担纲主演,《生活大爆炸》中的“谢耳朵”吉姆·帕森斯(Jim Parsons)也出演了重要角色。目前影片早已未映先热,甚至有人认为它就是冲着明年的奥斯卡去的!

  这么值得期待的电影,当然有必要在上映前先科普一下影片主角,以便于小伙伴们获得更好的观影体验啦!

图1 - 影片《隐藏人物》海报(IMDB网站)

影片《隐藏人物》海报(IMDB网站)

  提起主角原型凯瑟琳·约翰逊(Katherine Johnson),或许目前很多人对她并不熟悉,但不用担心,这位为美国航空航天事业做出了卓越贡献的女科学家必然将随着电影的热映而广为人知。

  要知道,美国的非洲裔民众获得平等教育权仅有几十年,杰出的非洲裔科学家并不多,而凯瑟琳作为非洲裔女航天科学家,则更数凤毛麟角。从数学天才到家庭主妇,再到NASA的人体“电脑”,如此传奇的女子,究竟都经历了些啥?

图2 - 年轻时的凯瑟琳(NASA官网)

 年轻时的凯瑟琳(NASA官网)

      1、 天才数学少女

  1918年8月26日,凯瑟琳出生于美国西弗吉尼亚州的一个小镇。她出生这天正是美国的女性平等日,不过讽刺的是,很长时间里她都未曾感受到来自社会的平等。

  凯瑟琳的父亲是个农民,曾做过木材加工的工作,虽然他文化水平不高,但却身怀“绝技”——他看到一棵树便能立刻说出可以加工多少块木板!或许是继承了父亲的数学能力,凯瑟琳从小就对数字特别敏感,一切可以计数的东西她都不会放过,比如她经常数自己在路上走了多少步、今天又洗了多少碗碟。

  小凯瑟琳天生就对数学充满了热爱,并且充满了求知欲,每当看到哥哥姐姐去上学,幼小的她总是羡慕不已。一次,小凯瑟琳悄悄跟着哥哥来到了教室,她小小年纪就能流畅阅读,老师对她印象非常深刻,并答应让她参加暑期学校。

  五岁这年,小凯瑟琳终于能够正大光明地进入学校上学啦!她每天都欢天喜地拉着哥哥姐姐前往校园,很快就将数学方面的“洪荒之力”爆发了出来。由于具有异于常人的数学能力,凯瑟琳进入小学不久便被安排入读二年级,此后她在老师和家人的引导下,开始进行一些初步的数学探索。三年后,八岁的凯瑟琳再次跳级,直接进入六年级学习,比她年长三岁的哥哥终于被她甩在了身后。

  这真是,长大后,我就成了你……的学姐啊!

图3 - 某公司推出的以凯瑟琳为原型的小人仔(今日头条)_副本

某公司推出的以凯瑟琳为原型的小人仔(今日头条)

  然而,当十岁的凯瑟琳热切希望可以早日入读高中时,却发现小镇上的高中居然不接收非洲裔学生!凯瑟琳的母亲曾当过农村学校的老师,父亲则仅上过小学,虽然家境并不宽裕,但他们对子女的教育问题非常重视。在得知200公里外有一所高中接收非洲裔学生时,母亲毫不犹豫地带领凯瑟琳和哥哥姐姐搬到了学校附近租住,而父亲则继续留在家乡小镇务农挣钱。为了子女的教育,一家人只得暂时承受分离之苦。

  幸运的是,凯瑟琳在高中遇到了对她影响深远的特纳(Turner)老师。凯瑟琳就读的高中附属于西弗吉尼亚州立学院(现西弗吉尼亚州立大学),而特纳便是该校的教授。特纳是一名化学家和数学家,尤其擅长几何学,她不仅在学术上有聪明的头脑,对待学生也非常体贴。

  正是在亦师亦友的特纳教授的教导和鼓励下,凯瑟琳十四岁就高中毕业,随后以全额奖学金进入西弗吉尼亚州立学院攻读数学专业。在大学里,凯瑟琳在数学上的聪敏和勤奋引来很多教授的喜爱。除了特纳教授一如既往的支持和鼓励,年轻的克莱特(Claytor)教授——历史上第三位获得数学博士学位的非洲裔美国人,也对她格外关照。

  面对大学里纷繁的数学课程,凯瑟琳如鱼得水。或许你还在为高等数学里的微积分而焦头烂额,我们的主人公凯瑟琳可是一鼓作气修读完了大学里开设的所有数学课程,无论必修还是选修!那么,问题来了:数学课全都上完了,咋办呢?别急,克莱特教授专门为凯瑟琳开设了解析几何等新课程!

  很快,18岁的凯瑟琳便以优异成绩从大学毕业了,她似乎认为四年的大学时光只拿一个数学学位太浪费时间,于是……她顺便拿了一个法语学位……

      2、 从家庭主妇到NASA的人体“电脑”

  虽然天赋异禀的凯瑟琳很早就大学毕业,但却无法找到一份可以从事数学研究的工作,在当时的美国社会,这条道路对于非洲裔女性而言几乎是走不通的。无奈的她只好前往一所小学,在那里教数学、法语和音乐,并渐渐将重心放在了家庭和孩子上面。

  一个天才似乎就要这样陨落了……

  然而,十几年后,一次家庭聚会却重燃了凯瑟琳数学研究的梦想。

  聚会上,姐姐告诉她航空咨询委员会(NACA)(注)的导航部门正在招揽新人,并且对非洲裔开放。无比欣喜的凯瑟琳旋即报名参加,经过一年的严格考核,她终于被顺利录用,并被安排在NACA兰利研究中心进行数学研究工作。

  此时,从家庭中走出来的凯瑟琳已经35岁。对于很多专注家庭的女性而言,在35岁时看到“梦想”二字,大多会感到遥远吧,但对于凯瑟琳而言,她的科学梦想才刚刚开始!

  其实,凯瑟琳高中时就对航天和天文学很感兴趣,那时候她常常在晚上与校长一起走在回家的路上,校长总能给她讲一些有关星座的知识,激发了她对天空的向往。但她怎么也没想到,命运之神竟会时隔十多年后眷顾她,并让她同时实现数学和航天两个梦想。

图4 - “阿波罗11号”在月球表面着陆位置示意图(维基百科)

 “阿波罗11号”在月球表面着陆位置示意图(维基百科)

  起初,凯瑟琳所工作的办公室里全是女性,她和同事们就像是“穿着裙子的电脑”,主要任务是从飞机黑匣子中读取数据并进行精确的数学计算。偶然有一天,凯瑟琳和另一名同事被临时派往一个太空飞行研究团队协助工作。然而当协助工作完成时,这个全是男性的研究团队却不愿将凯瑟琳还回去了。

  原来,凯瑟琳巧妙地采用解析几何(没错!正是克莱特教授专门为她开的课程之一)的知识解决了一直困扰团队的难题,令团队领导和同事们都很钦佩她的数学才能。尽管彼时种族和性别歧视仍然严重,他们还是尽力将凯瑟琳留了下来。在新团队里,凯瑟琳迅速成为了飞行动力学研究小组的核心,她还与人一起撰写了第一本有关航天的教科书。后来,每当团队遇到难题时,总会有人说:“问问凯瑟琳吧!”

  上世纪中叶,美国和苏联的冷战日益升温,为了能在登月竞赛中击败苏联,美国制定了雄心勃勃的太空计划。擅长精确数学计算的凯瑟琳随之被分配到兰利研究中心的飞行导航部门,开始从事航天发射轨迹的计算,以帮助NASA确定最佳发射时间。

  凯瑟琳的首战便令人惊叹不已。1961年5月5日,“自由7号”宇宙飞船成功将美国第一位宇航员艾伦·谢泼德(Alan Shepard)送入太空,而飞船的运行轨迹便是由凯瑟琳计算的!

图5 - “阿波罗11号”第一次将人类送上了月球(NASA官网)

“阿波罗11号”第一次将人类送上了月球(NASA官网)

  随着美国登月计划的推进,凯瑟琳的计算任务也变得越来越复杂,她被要求计算如何将太空舱送入绕月轨道,以及着陆装置如何在月球表面着陆并返回。尽管当时电脑已经开始被用于轨道计算,但NASA仍然不放心,他们更愿意相信凯瑟琳这台人体“电脑”。

  1969年7月21日,阿姆斯特朗(Armstrong)等人乘坐“阿波罗11号”飞船在月球着陆,迈出了著名的“人类的一大步”。当时凯瑟琳和很多普通人一样坐在电视机前观看了这一幕,然而她身边的朋友和亲戚却都不知道“阿波罗11号”正是按照凯瑟琳计算的轨迹飞到了月球。

  直至1986年退休,凯瑟琳还先后参与了美国的航天飞机计划和火星计划等几乎每一个主要的航天计划,在电脑还不发达的年代,她一直是NASA兰利研究中心的“电脑”。但是由于工作的特殊性,凯瑟琳一直是“隐藏人物”,她的具体成就并不被包括亲友在内的人所知。

图6 - 2015年奥巴马将总统自由勋章颁发给凯瑟琳(ShareAmerica官网)

2015年奥巴马将总统自由勋章颁发给凯瑟琳(ShareAmerica官网)

  2015年,为表彰凯瑟琳对航空航天事业的贡献,美国总统奥巴马亲自将总统自由勋章这一国家最高荣誉授予了她,此后凯瑟琳的故事才被更多人了解。如今,这位已经98岁高龄的航空航天领域传奇人物早已再次回归家庭,安享含饴弄孙的晚年。

  那么,影片《隐藏人物》又究竟会如何刻画凯瑟琳的传奇人生呢?就让我们拭目以待吧!

        让我们来回顾一下航空航天科学家系列还有哪些伟大的科学家吧!

       《王适存:旋翼展翅谱华章(上)(下)》     

       《“航天之父”原来是失聪残疾人》

       《航空先行者塞缪尔・兰利:矢志苍穹,虽败犹荣》

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  人物小档案:

  凯瑟琳·约翰逊(1918.8.26 -),美国物理学家、数学家和空间科学家,对美国的航空航天计划做出了重大贡献,以对天文导航的精确计算而闻名,先后完成了NASA的水星计划(包括格伦、谢泼德的太空飞行任务)、阿波罗11号登月任务、航天飞机计划及早期火星计划的轨道、发射窗口和紧急备用返回路径的计算。

  注释:

  美国国家航空咨询委员会(National Advisory Committee for Aeronautics,简称NACA),于1915年创立,主要负责美国的航空科学研究任务。后由于冷战时期的太空竞赛,于1958年转型为美国国家航空航天局(NASA)。

  参考资料:

  本文写作主要参考NASA官网、ShareAmerica官网等有关资料。

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