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人類曾經天真地以為,銀河系就是宇宙的全部

在哥白尼和伽利略之前,人類曾經以為地球就是宇宙的中心。後來,人類的幻想開始逐一破滅:大家逐漸意識到,原來太陽和行星並沒有圍著地球轉,原來太陽系根本就不特別,它只不過是銀河系中一個不起眼的小點……

但儘管如此,人類還是擁有著不知道哪裡來的迷之自信,認為我們偉大的銀河系就是宇宙的全部。這個坐井觀天的觀點將再一次被擊垮、淘汰……

1888年,埃德溫·哈勃(Edwin Hubble)出生在美國密蘇里州。哈勃從小就是「別人家的孩子」,他不僅成績好,還是天才運動員,唯一的弱點就是實在太過聽話,雖然他從小就喜愛天文,但在上大學的時候依然順應爸爸的心愿讀了牛津大學的法律。25歲那年,他的父親逝世,哈勃便回到美國並放棄了光明的法律生涯,轉到芝加哥大學的天文系開始為自己而活。

埃德溫·哈勃(wikipedia)

哈勃陸續在芝加哥大學和劍橋大學學習天文,期間還抽空為一戰參軍服役。1919年,在戰爭和學業都結束後,哈勃來到位於加利福尼亞的、當時世界排名第一的威爾遜山天文台。就在他入職報道的不久前,威爾遜山天文台剛剛裝備上了當時世界最大的的胡克望遠鏡

這台胡可望遠鏡背後也有著不同尋常的故事。1906年,一位名叫約翰·胡克(John Hooker)的天文愛好者決定資助威爾遜山天文台的發展,希望能夠為它送上一台史上最好的、能夠看清星空中更多細節的望遠鏡光是在購買和打磨鏡片上,他就花掉了45000美元。然而可惜的是,1911年他因病逝世時,這台前無古人的望遠鏡都還沒被製造出來。有後人重拾他的項目克服重重困難替他圓夢,這台望遠鏡也因此被稱為「胡克望遠鏡」。

至今胡克望遠鏡依然在工作(威爾遜山天文台)

初出茅廬的哈勃就這樣成為了這台史上最大、直徑足足有2.5米的巨型望遠鏡的使用者。

胡克望遠鏡即將成就哈勃,而哈勃也將讓這台望遠鏡青史留名。

1922年一個晴朗的夏夜,哈勃如同往常一樣登上胡克望遠鏡開始工作。他原本的工作計劃是進一步研究星星的分類方法,但這一天,他卻忽發奇想將望遠鏡對準了天空中的一團模糊光斑,希望能從那片混沌中看出些端倪。

在那時候,天文學家一致認為,宇宙中只有銀河系一個星系,而星空中的某些奇怪的模糊光斑,則被認為是銀河系內的氣體或是灰塵雲。

氣體和灰塵雲有什麼好看的呢?哈勃仰望天空的時候,並不知道自己想要尋找什麼答案。他只單純地希望,這台前所未有的巨大鏡頭能映照出神秘夜幕中人類從未見過的細節。在1922年到1923年之間,他忙裡偷閒、不務正業地利用胡克望遠鏡拍攝下了幾百張光斑的照片,並第一次發現,那些模糊的光斑之中,隱藏著許多從未被辯認出的星星。

這些星星為什麼會這麼特別?為什麼它們的光芒會這麼微弱?哈勃每日埋頭在堆疊成小山的星空照片中,繼續觀察記錄著這些星星。1923年底,他終於在周密的計算後證明,這些星星是「造父變星」

什麼是造父變星呢?簡單地說,它們是一種亮度隨著時間呈周期性變化的星星,而且它們的光變周期和它們的光度成正比。早在1912年,哈佛一位非常聰明的計算學家萊維特(Henrietta Leavitt)就發現,只要知道造父變星的光變周期,就可以知道它的亮度,從而推測它和地球之間的距離。

船尾座RS是銀河系中最亮的造父變星之一, 由哈勃太空望遠鏡拍攝(wikipedia)

換句話說,造父變星是人類用來衡量距離的尺子。

於是,哈勃用萊維特的公式計算了一下,發現這顆造父變星距離地球86萬光年遠。這個結果就像給了哈勃當頭一棒:人們所估計的銀河系的最大直徑,也不過只有十幾萬光年遠。難道他兩三年的研究心血,只得到了一個不知所謂的錯誤結果?

哈勃算了一次又一次,終於確信自己沒有算錯。他提出了一個大膽的設想:這顆造父變星,不在銀河系中!

這個設想公然挑戰了當時天文學界的共識,毫不意外地引起了軒然大波和罵聲。哈佛大學的天文學家強烈地指責哈勃的推理過分魯莽,有人因為他只有35歲而認為他嘩眾取寵,甚至就連哈勃自己的同事,威爾遜山天文台的精英同事們都嘲笑他不自量力、異想天開。

對此,哈勃沒有放棄。他繼續研究自己的理論,並在1924年11月23日首次將研究結果刊登在《紐約時報》上。不過雖然文章發表了,但並沒有引起什麼轟動,因為普通大眾其實並不關心,也看不太懂。

幸好,當年的美國協會獎慧眼識珠,將哈勃的著作評為年度作品,並給了哈勃1000美元獎金以資鼓勵。獎金其實不多,但著實給了哈勃信心。在之後的幾年裡,他繼續觀測著天空,發現了更多更加遙遠的星星。他的研究最終證明了我們的頭頂有各個彼此獨立的星系,我們所在的銀河系並不是宇宙的全部。

360度銀河系全景(ESO)

加上他在20年代末在後退星上的又一發現,以及認識到宇宙正在擴張的「哈勃定律」的提出,他的名望逐漸超過了同時代業界內的其他任何人。

過去那些嘲笑他的聲音,都已經悄悄地熄滅了。

1949年1月,當胡克望遠鏡的替代者、直徑5.1米的哈爾望遠鏡安裝完畢後,哈勃被邀請成為了它的第一個使用者。諾貝爾獎委員會吵了幾十年到底天文學算不算物理學,能不能破例把物理學獎頒給哈勃。可惜的是,在他去世後不久這個決議才獲得通過。1990年4月,美國宇航局用他的名字命名了更加先進的、被發射進太空的哈勃太空望遠鏡,以紀念他當年如何開拓了人類觀察宇宙的視野。

哈勃太空望遠鏡(NASA)

哈勃的發現徹底改變了宇宙學,而根據哈勃太空望遠鏡的觀測結果我們已經可以知道,宇宙的年齡已經有137億年,我們銀河系的周圍,更是存在著其他兩萬億個星系。這個令人震撼的事實,正是當年哈勃費盡全力想告訴我們的:銀河系和人類,從來都不孤獨。

哈勃望遠鏡最著名的影像之一,在老鷹星雲內誕生恆星的創生柱(NASA)


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