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是他,改变了我们的宇宙观

Equipped with his five senses, man explores the universe around him and calls the adventure Science.

——Edwin Hubble


在广义相对论发表不久后,天文学家曾经对“螺旋星云”(比如仙女座星系)这种独特天体的本质存在分歧。



19世纪中期,天文学家在夜空中观测到了许多螺旋天体。但是它们的本质却依然是个谜题。(? ESO/P.Grobol)


有一种观点认为,这些螺旋状的东西是形成中的恒星——原恒星。如果条件适合,宇宙中的气体云会在角动量和自身引力的作用下变成一个扁平的圆盘。圆盘中的物质会一边旋转一边朝着中心运动。聚集了大量物质的圆盘中心最后变成恒星。支持这一观点的代表是Harlow Shapley,他认为螺旋星云只不过是在银河系内的气体云。



一种理论认为这些螺旋星云是分子云,会坍缩成圆盘,圆盘中的物质会一边旋转一边朝着中心运动,最后形成恒星。(? NASA/Hubble Heritage Team)


与此意见相左的另一方则认为,这些“螺旋星云”是所谓的“岛宇宙”(其它星系),它们远在我们的银河系之外。持这一观点的科学家代表是Heber Curtis。1920年,两派各执己见的科学家对此进行了一场世纪天文大辩论,分别对六个证据进行了不同的解释。有意思的是辩论的结果由裁判官投票决定胜者。



主张“岛宇宙”的Heber Curtis(左)和主张“原恒星”的Harlow Shapley(右)。(? The Rockefeller University)


现在我们已经知道,Curtis在许多方面的主张几乎都是正确的。然而,在投票环节,Curtis最后还是输了,只赢得一局。当时的人们更愿意相信银河系就是整个宇宙。


银河系的确是一个非常广袤的空间,它包含了数十亿颗恒星和数千亿颗行星。但是Edwin Hubble怀疑在此之外应该还有更多。


Hubble,昨天是他127岁的诞辰,对仙女座星系充满了困惑与好奇,他的想法跟Curtis一致。



Edwin Hubble。(? California Digital Library)


1923年,Hubble是美国威尔森天文台的天文学家,在那里有当时世界上最大的望远镜——胡克望远镜。


为了证明仙女座星系是在银河系之外,哈勃需要测量它离地球有多远。如果这个距离比银河系的预估直径还要大的话,那它就不可能在银河系之内。


哈勃的工作其实是建立在另一位伟大但鲜为人知的女性天文学家Henrietta Leavitt。



Henrietta Leavitt。(? Harvard College Observatory)


在1900年代的时候,Leavitt是哈佛天文台的一位天文学家。她在那里担任计算员,职责是帮助资深天文学家进行数学计算。在1908年,当她在计算一种称为造父变星的恒星类别的时候,她有了一个惊人的发现。


1908年,Leavitt的论文发表在了哈佛天文台的年报。(? Harvard College Observatory)


造父变星是一类具有周期性明暗变化的恒星。Leavitt发现,这些恒星的光变周期可以用来计算恒星的距离。这个发现使天文学家有了一把衡量遥远天体距离的尺子。



造父变星的光度和脉动周期有着非常强的直接关系,是可靠且重要的标准烛光。(? NASA/JPL)


Hubble所要做的就是瞄准在仙女座星系中的造父变星,并且估算它们的距离。经历了不知道多少个夜晚,Hubble利用胡克望远镜对仙女座星系进行拍摄,寻找着造父变星。终于,在1923年的十月,他找到了一个,在仙女座星系的其中一个螺旋臂上闪烁着。经历了又一个星期的观测,他利用Leavitt的公式来计算造父变星的距离。


在下图中显示的是用Hubble命名的哈勃太空望远镜在2011年拍摄到的造父变星V1. 这颗恒星被称之为“宇宙学史上最重要的一颗恒星”。



造父变星V1.(? NASA/ESA/Hubble Heritage Team)


从V1发出的光使一切事情都变得明朗了:仙女座星系的确是在银河系之外。当Shapley收到一封Hubble的观测结果的信时,他说到:“这是一封摧毁了我的宇宙的信。”


银河系不再是整个宇宙,它只不过是渺沧海之一粟。


1925年,哈勃的结果发表在了美国天文学会。整个世界都震惊了。纽约时报欢欣地报道到:



哈勃的计算并不准确,仙女座星系实际上离我们约250万光年远。(? New York Time)


而这只是Hubble多产职业中的开始。之后他不仅对星系进行了分类,还找到了宇宙正在膨胀的证据。由于当时的人们普遍认为宇宙是静态的,于是爱因斯坦在他的引力方程中做了修正。当哈勃的观测证实了我们的宇宙并非静止的时候,爱因斯坦拜访了在威尔逊的他,并称自己对方程的修正是这一生犯过最大的错误。


今天,宇宙继续成长着。天文学家现在相信在超过900亿光年的可观测宇宙中包含了2万亿个星系。在宇宙中还有无尽的秘密等待着我们去发现,而Hubble教给我们的是这些秘密可能要比我们想象中的更大更不可思议。


正如1948年Hubble所说的:“凭着天府五官,人类开始探索宇宙的浩瀚,并称这趟奇幻之旅为科学。”





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