1924年2月的第一个星期,美国天文学家哈勃给仙女座星云里的一颗亮星拍摄了一系列照片。照片显示这颗星的光度在迅速增大,这是一颗造父变星。哈勃计算出这颗星及其所在的星云距离地球达90万光年,远超过的直径。仙女座星云其实是外巨大的系统--河外星系。人类对大小的认识再次被拓宽了。
哈勃的发现,给持续多年的关于旋涡星云是内还是外的“岛”的争论画上了一个的句号。
所谓“岛”,就是将视为大海,和其他类似系统则视为大海中的岛屿。16世纪末,意大利思想家布鲁诺推测恒星都是距我们极其遥远的太阳,进而提出关于恒星世界结构的猜想。18世纪,人们在夜晚的天空中发现了边缘模糊的,最初称为星云。旋涡星云成为最早的研究对象。赖特和康德曾提出,旋涡星云可能是同我们-样的恒星系统。
“岛”这个名词最早出现在博物学家洪堡1850年出版的著作《》第三卷中。因为它形象地表达了星系在中的分布状况,后来被广泛采用。“恒星”和“恒星岛”等名称都是“岛”的同义语。岛的渊源则更早。1755年,哲学家康德在《自然通史和论》一书中发展了赖特的思想,明确提出“广大的”之中有“数星无限的世界和星系”。
这一思想就是著名的“岛”。这个认识与今人对的认识十分接近。但当时人们把河内星云(即银河内星云)和河外星云(即河外星系)都当做星系,而且对本身的大小和形状也缺乏正确的认识,因此,岛在随后的170年时间里几经沉浮,并未获得天文学家的。
20世纪初,美国著名天文学家沙普利通过研究球状星团,对结构和尺度的推算做出了重大突破。
但他一直反对“岛”的说法,认为这些旋涡星云应该是内的气体星云。而以柯蒂斯为代表另一派天文学家则不同意沙普利的看法。柯蒂斯的,是他发现有些星云里的新星极其暗弱,说明距离十分遥远,不像是内的。他的另一个是,在仙女座星云中发现的新星数皇比其他部分新星的总和还要多。他质疑道:“为何在这个小范围的部分区域中,新星会比其他的部分更多?”由此,他推断仙女座星云是一个的星系。
为了解决这两种在尺度上的矛盾说法,1920年4月,美国国家科学院在召开了“的尺度”辩论会。会上,沙普利和柯蒂斯两人就的大小和旋涡星云与的关系展开了论战。这就是天文学史上有名的“沙普利-柯蒂斯大论争”。二人分别就各自的观点进行了半个小时的阐述。由于柯蒂斯的口才更好,当时多数人认为他在这场争论中略占上风,但辩论的双方都无法彻底对方。
为“沙普利-柯蒂斯大论争”下达“终审判决”的是一个从法律专业转行天文的年轻人,他叫埃德温·哈勃。
哈勃1889年出生于,他擅长体育,少年时曾刷新该州跳高纪录。在大学读本科期间,哈勃受天文学家海耳,开始对天文学产生兴趣。后来他到大学攻读法律硕士学位,之后开业当了律师。但星空总在着他,一年后,他就投奔叶凯士天文台攻读天文学博士学位。毕业后,他进入海耳创建的威尔逊山天文台,致力于旋涡星云的观测与研究。
早期的小型望远镜拍摄出的星云照片模糊不清,难以从中分辨出细节,而大口径望远镜则可以做到这一点。威尔逊山天文台有当时世界上最大口径的2.54米反射望远镜。1923-1924年,哈勃用这台望远镜拍摄了仙女座大星云和三角座旋涡星云的照片,并从这些星云暗淡的边缘解析出一颗颗的恒星。哈勃发现,这些恒星有不少都是造父变星。
通过分析这些造父变星的亮度变化,哈勃根据周光关系(指造父变星具有的光变周期和绝对星等之间的关系),确定这些造父变星和它们所在的星云距离地球大约九十万光年,远超的直径,因此断定它们一定位于外。
1924年底,美国天文学会会议正式公布了哈勃的这一发现。虽然哈勃本人并未出席这次会议,但当他的论文被完毕,在场的所有天文学家都意识到沙普利和柯蒂斯关于“岛”的争论就此可以终结了。1925年,哈勃又用造父变星测距法测定了人马座星云NGC6822与我们的距离,该旋涡星云其实也是一个河外星系。多年来,天文学家们关于旋涡星云是近距还是之外的岛的争论彻底结束,人类认识的的尺度从一个岛()一下子扩大到无数个岛(河外星系),从而揭开了探索结构的新篇章。
鉴于哈勃为20世纪天文学的进步做出的巨大贡献,他被尊为一代天文师。在他丰硕的中,有两项最为重要的贡献:一是确认星系是与相当的恒星系统,开创了星系天文学,建立了大尺度结构的新概念;二是发现星系的红移-距离关系,催生了现代学。为了纪念这位伟大的天文学家,人类第一台太空望远镜就以哈勃的名字命名。
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