马修·辛德尔(Matthew Shindell)从一个拘留所追踪了一位女科学家的故事,以研究太阳系的化学反应

1946年,一个名叫Toshiko Mayeda的年轻日裔美国人妇女与她的新丈夫Harry一起从北加州迁至伊利诺伊州芝加哥市2000英里。第二次世界大战过后,这对夫妻正在该国没有亲戚的地方一起寻求新的生活。他们度过了自己的政府所关押的四年战争,他们准备重新开始。

图勒湖拘留营是1941年12月7日日本人袭击珍珠港的美国海军基地后在美国建立的10个营地之一。当美国政府强行将其和她在日本出生的父亲搬迁时,梅耶达只有19岁。 ,松三郎久喜他们是被关押在这种设施中的10万多名日本血统的美国公民。

梅耶达(Mayeda)聪明而坚决,并尽其所能继续在营地学习。在她位于芝加哥的新家中,对科学的热爱使她对化学产生了兴趣,她先是在威尔伯·赖特学院学习的,然后才进入芝加哥大学。尽管如此,Mayeda只拥有化学专业的学士学位,它将继续为我们对地球和太阳系的化学理解做出深远而持久的贡献。

Mayeda从清洁玻璃器皿转移到掌握质谱。

她的化学学位使她有资格在芝加哥大学担任实验室助理。她在诺贝尔化学奖得主化学家哈罗德·乌里(Harold Urey)的实验室里接受了采访,最初被雇用来清洗玻璃器皿。但是她很快就毕业了,从事了更有趣的工作。

战争结束后的几年,迈耶达并不是唯一一个寻求新起点的人。乌瑞(Urey)在纽约哥伦比亚大学度过了职业生涯的第一部分,在那里他的研究计划专注于同位素的物理和化学性质-这项工作因发现了氢的重同位素而在1934年获得了诺贝尔奖。命名为氘。作为同位素分离和分离的专家,他一直是领导哥伦比亚为美国曼哈顿计划开发第一枚原子弹所做的贡献的合乎逻辑的选择。

在战争期间,尤里(Urey)曾负责开发浓缩铀裂变同位素的方法。战争结束后,他移居到芝加哥大学。乌里到达芝加哥后,花了一段时间才回到科学工作,参加了控制核武器的公共运动。他还发现,他在战时的工作削弱了他进行同位素分离的热情。当他最终提出一项新的研究计划时,重点是研究自然界中的同位素。

When Mayeda arrived in Urey’s lab, she found a small group of researchers working to develop an ‘oxygen thermometer’. The work began with the observation that the natural process of calcium carbonate shell secretion in marine molluscs incorporates the stable isotopes of oxygen in ratios that are temperature dependent. When the temperature changes, so does the ratio. Determining the ratios of oxygen isotopes in marine fossils from dated strata could, Urey hoped, yield information about the prehistoric temperature record of the oceans.

Urey想到的工作是要求质谱仪足够灵敏,以高精度测量氧16和-18的比率。这种仪器无法在市场上买到,因此Urey组建了一个小团队来制造这些仪器并开发使用它们的方法。一位年轻的电气工程师Charles McKinney负责制造机器。麦金尼(McKinney)在战争中使用并维护了曼哈顿计划(Manhattan Project)建造的用于监测铀同位素分离过程的质谱仪。麦金尼(McKinney)在尤里(Urey)建立了一个最先进的质谱实验室,可以与世界上任何一个实验室相媲美。

在早期的一篇论文中,研究人员没有将Mayeda视为合著者。

Mayeda坚信她可以为实验室的日常工作做出更多贡献,因此很快从清洗玻璃器皿转向掌握Urey及其小组的质谱方法。仪器很大,占了实验室的大部分,而且第一台仪器在她到达之前不到一年就完成了,它们的自家制造质量要求操作员必须非常熟悉其偏心率。 Mayeda成为了这些精确但挑剔的仪器的主要操作者。

Using control shells grown under known temperature conditions, the team painstakingly set and calibrated the temperatures of their oxygen thermometer. They developed methods to extract uncontaminated carbon dioxide gas samples from the calcium carbonate of fossil shells recovered from deep-sea cores. They fed these samples into the mass spectrometers and, with the results, determined the temperature variations of the Cretaceous and Pleistocene periods, tens of millions of years ago. In one of the early papers they published with their results, the researchers credited Mayeda not as a co-author or a contributor, but listed her in the acknowledgements as the person who had performed ‘a great deal of the laboratory work’.1 但是在其他时候,研究人员确实将她列为合著者。2

随着Urey小组成员的继续前进,他实验室中的质谱研究工作继续面临新的问题和新的研究人员,Mayeda仍然是这项工作的主要贡献者。她从未正式升任实验室助理,也没有攻读博士学位或自己的实验室。但是,她对实验室研究的贡献确实赢得了她的合作者的尊重和一定程度的自主权。她继续成为化学家,与Urey以及实验室中的学生和博士后一起工作。她最终以自己的身份成为了一名导师,帮助教授了新来的质谱方法。

1958年Urey离开加州圣地亚哥大学后,Mayeda的实验室工作继续进行。宇宙化学家Robert Clayton接管了Urey的实验室及其质谱仪。克莱顿(Clayton)从加州理工学院(Caltech)获得博士学位,他曾在尤里(Urey)的一位前博士后任职。克莱顿(Clayton)得知Mayeda对他的研究计划至关重要,因此说服她继续并作为他的合作者来经营实验室。

四分之一世纪以来,几乎每种新型陨石中的氧气都通过克莱顿(Clayton)和梅耶达(Mayeda)的光谱仪

克莱顿的兴趣吸引了太阳系的早期历史,以及氧同位素可以揭示出这一历史。梅耶达(Mayeda)和克莱顿(Clayton)广泛发表了有关太阳系中氧同位素比率的文章,研究了他们可能会接触到的每种陨石,并分析了大约300个月球样品,包括美国国家航空航天局(NASA)阿波罗计划(Apollo Program)返回的土壤。3 除了氧气16和-18,他们还开始测量氧气17。这样做,他们能够确定这些岩石形成的温度,并发现陨石中包含早于太阳系的氧气-可能是超新星造成的。4

在克莱顿(Clayton)2018年的ob告中,芝加哥新闻 that ‘For a quarter of a century, oxygen from virtually every new type of meteorite passed through that spectrometer as Clayton and Mayeda mapped out the isotope ratios for every class of meteorites.’ Together they developed the Clayton–Mayeda model of oxygen isotope abundances in the solar system.5 2002年,她因对宇宙化学的贡献而被日本地球化学学会授予奖章。 

Mayeda继续与Clayton合作,直到2004年去世。她在地球化学和宇宙化学领域的贡献对科学界而言并不陌生-她的名字出现了50年,是该领域许多公认的先驱者的共同作者和合作者。然而,她并没有获得同事们的公众认可或职业发展。她仍然‘indomitable’ research assistant 使这项工作成为可能。

马修·辛德尔(Matthew Shindell)是史密森尼学会(Smithsonian's)的太空史策展人National Air and Space Museum 在美国华盛顿特区,作者是哈罗德·C·尤里的生平与科学(芝加哥大学出版社,2019年)和关于Mayeda的章节 妇女在他们的元素(World Scientific,2019)摘自本文中的材料

致谢

作者在2016年Smith大学实习生Sara Ramasastry的协助下研究了Mayeda俊子的生平