第75章 吃了出生早的亏

乐贝特从1893年开始，在哈弗大学天文台工作。

在那个年代，女性不被允许亲手操作望远镜。

她的工作，主要是检查男性同行们拍摄的天文底片。

乐贝特的主要工作之一，是建立所谓的‘北极星序’及精确测量【北极星】附近的恒星的【视星等】，做为其他亮度恒星的测量精准。

所谓【视星等】，就是地球上的观测者看到的天体的亮度。

【星等】的概念最早来自古希腊天文学家，西帕·恰斯。

他将天上的恒星分为6个等级，1等星最亮，6等星最暗。

现代天文学测定了星等和亮度的关系。

天体的【星等】没减少1等，亮度就提高2.5倍，1等星比6等星亮100倍。

人类肉眼能看到了最暗的恒星差不多是6等星。

银河系中还有许多的恒星非常暗淡，必须用望远镜才能观察到，它们的【视星等】就会高于6等。

另外，【1等星】也不是最亮的恒星。

【织女星】的视星等大约是【0等】。

而太阳的目视亮度更是高达【-26.7等】。

读者在这里就能发现，【视星等】并不能反应恒星的发光能力。

恒星即使发光能力超强，如果它的距离遥远，也会显得非常暗淡。

用数学的语言说，恒星的【视亮度】反比于它距离的平方。

天文学家因此引进了【绝对星等】的概念，来描述恒星的发光能力。

如果能够确定恒星的距离，天文学家就可以直接计算恒星的【绝对星等】。

在进行恒星亮度测定的同时，乐贝特也为哈弗天文台的威廉·亨利·皮克林工作。检查天文底片上数以千计的【变星】。

所谓【变星】，就是亮度随时间变化的恒星，乐贝特对这些恒星中一类被称作【造父变星】的天体尤其感兴趣。

这些天体中文名为【造父2】。

【造父变星】的亮度有明显的周期变化，乐贝特选择了【麦哲星云】的底片来研究。

【大小麦哲伦星云】是【银河系】的两个【半星系】，质量比银河系小的多。

在南半球的夜空中，这两个小星云是【天穹】上最引人注目的天象。

20世纪初，人们不知道这两个星云的确切距离，但可以确定的是，这两个星云都是由恒星构成的独立系统，只是远不如银河系巨大。

研究【麦哲伦星云】的变量有一个好处，不同变量的距离，远小于它们到达地球的距离。

换句话说，从地球上观测者的角度来看，所有【麦哲伦星云】的恒星几乎都位于同一距离处。

1912年，乐贝特报告了【小麦哲伦星云】中25颗【造父变星】的星等和光变周期测量。

她将这些变星的星等和亮度变化的周期画在一张图上，人人都可以看到【造父变星】星等和亮度变化的周期呈现出非常紧密的关系。

一颗【造父变星】的周期越长，它的视星等也就越亮，这被称作【周光关系】。

因为同在【小麦哲伦云】中，【造父变星】的【距地距离】几乎一样。

打个比方，1毫米在1米外几乎看不出。1亿光年长度的距离在1000亿光年外看，其实类似。

所以它们的【视星等】差别就完全反应了【绝对星等】的差别。

换句话说，【造父变星】的周期和它们的绝对发光能力也应该有非常紧密的关系。

天文界很快意识到，乐贝特实际提供了一把测量天文距离的尺子，像【造父变星】这样的天体，现在被称作【标准烛光】。

它们就好像一些标准的灯泡，观测者，只需要研究它们的光度变化就可以确定它们的绝对星等。

只要比较【绝对星等】和【视星等】的差别，观测者就可以精确的确定【造父变星】的距离。

美国天文学家，哈罗·沙普利，很快将这把尺子用于测量【球状星团】的距离。

所谓球状星团是指天空中一些密集的恒星集团。

这些星团中的恒星从数万颗到数百万颗不等，形态为球状。

沙普利认为，这些球状星团应该在银河系的各个角落都存在，可以做为银河系存在形态的参考坐标。

如果可以测量出每一个【球状星团】距离地球的位置，人们就可以知道银河系的大小和形状。

沙普利要做的第一步就是在球状星团中尽可能的寻找【造父变星】，一旦找到【造父变星】，球状星团的距离就可以直接通过【造父变星测距法】确定。

知道了【球状星团】的距离，再测定【视亮度】，沙普利就可以确定计算每个【球状星团】的发光能力。

沙普利假设所有的球状星团，真实发光能力很类似，这样，他就可以进而推测，其他【球状星团】的真实距离了。

从1914年开始，沙普利对银河系中的球状星团，进行了大规模的研究。

他的测量显示地球到银河中心的距离是【银河半径】的2/3，这让人们正确的认识到，太阳系在银河系中的地位。

但沙普利的银河系从一端到另一端长度为30万光年。

这个值是现代天文测量银河系直径8万光年的近4倍。

第5章世纪大辩论和河外星系

二十世纪初，借助球状星团，恒星计数，天文学家逐渐理清了银河系的疆域。

但天文学家还不清楚，银河系是不是宇宙的全部。

天文学家虽然知道【大小麦哲伦星云】也是独立的恒星系统，但它们距离银河并不太远，看起来就更像是银河的‘附庸’。

天文学家不确定，是否有其他像银河般巨大的恒星世界，独立于【银河系】之外而存在。

回顾银河外，宇宙的探索史。

人们绝对不会忽略掉1920年，在华/盛顿，史密斯博物馆里举办的‘宇宙大辩论’。

这场辩论，实际上是美国科学院的年度演讲，辩论的主体围绕着银河系的地位和宇宙的大小展开。

这个主体是美国著名天文学家乔治·埃勒里·海尔建议的。

海尔是一名太阳/物理学家，同时也是美国最著名天文台，威尔逊天文台的台长。

他本来想建议美国科学院邀请爱因斯坦来演讲自己的【广义相对论理论】，但是美国科学院的秘书，担心广义相对论对大多数科学院的会员和听众们来说都太过艰涩。

于是，海尔转而建议邀请美国自己的天文学家来讨论关于宇宙尺度的问题。

海尔邀请的两个天文学家都来自加州，其中一位就是前面提到的沙普利。

此时，沙普利正在海尔的威尔逊天文台任职，刚刚通过球状星团确定了银河系的形状和大小。

辩论的另一方来自历克天文台的西伯·克里斯，他是一位更年长的科学家。

做为美国科学院的年度演活动，这场辩论缺乏真正的‘唇枪舌剑’。

虽然在原定计划中，辩论会由双方各一个45分钟的演说和结论组成，但由于克里斯由他的口才著称。

沙普利担心在有他的结论的环境中，自己会因为不善言辞而不能充分表达自己的观点，所以和组织者协商，将辩论会去掉了相互提问的部分。

整场讨论的焦点在于银河系中被称作星云的奇异天体。

这些天体早在19世纪就引起了赫希尔的注意，他和他的儿子用两代人的精力在整个夜空中寻找这些天体。编织成包含2500个天体的【通用星云团表】。

赫希尔一度坚信，星云也是和银河系一样的巨大恒星系统，只是距离我们太遥远而无法分辨。

但是，他自己随后在一些星云中心分辨出了恒星状的点圆，这些观测，使得他相信星云中的云雾结构并不是恒星，于是放弃了自己的假设。

到了20世纪初，人们渐渐意识到赫希尔观测到的星云可以分为很多类。

其中有的星云确实只是银河系中的气体云。

但另一些呈现出漩涡状结构的星云，仍然有可能是巨大的【恒星系统】，而且距离银河系十分遥远。

1920年的大辩论，就围绕这些漩涡星云的地位展开。

沙普利率先发言，他认为银河系就是整个宇宙，在他的演讲中首先汇报了自己长久以来的工作，这设计测量球状星团距离，并使用球状星团来定义银河系边界的方法。

通过这样的方法，他得到太阳系的实际位置并不在银河系的中心，而是偏于银河系的一隅。并且他提出银河系的大小是30万光年，虽然这个数据比今天知道的8万光年大了很多，但这并不是非常离谱。

因为就当时的科技水平笔者有理由怀疑这位既可爱又纯真的天文学家，把其他大星系边角上的恒星或者两个大星系之间的矮星系中的恒星也给算进去了。

那么，人们观察到的漩涡星云是什么呢？

沙普利认为，这些漩涡星云完全是由气态的星云物质组成的，它们都在银河系内，对于这个观点。

他提出了三个论据，首先沙普利提示大家注意漩涡星云在天空中的分部情况。

在当时，人们发现的漩涡星云，向银河系的两端呈增加趋势，而在银河系的盘面附近则几乎没有漩涡星云被发现。

如果漩涡星云和【银河系】是同等地位的星系，那么，它们应该在宇宙中均匀地分部。

也就是从银河系向四处看去，漩涡星云的分部应该是各向均匀的。（老沙还是在出生太早和科技水平限制上吃了大亏）

沙普利认为这一事实说明，【漩涡星云】必然和银河系有着某种联系，银河系的某种性质主导了【漩涡星云】的分布，所以漩涡星云理应距离银河系并不太远。

之后，沙普利引用了1885年爆发的一颗【新星】的事件。

在这次著名的新星爆发事件中。

被称作【仙女座S新星】的天体，亮度在短暂的时间里，竟然可以和整个星系的亮度相匹敌！

沙普利指出，如果认为【仙女座大星云】是恒星的集合体，那么为什么一颗新星的亮度可以和千亿颗恒星的亮度相比呢？（现在我们都知道，因为那是一颗【超新星】极尽升华了，爆炸了！人家可是用千亿年的寿命，换来的刹那爆发啊！）

这样的产能率是不可想象的，甚至是荒谬的，所以，只有一种可能，仙女座大星云中没有太多的恒星，甚至没有恒星。

这个论据说明，漩涡星云只是由所谓的星云物质组成的。

最后，沙普利引用了自己好友观测天文学家，阿德里安·范马南对于【漩涡星云】悬臂旋转速度的观测。

范马南的工作涉及比较拍摄不同时期，星云的照片，如果能够发现漩涡星云的悬臂有所变化，那就可以证明漩涡星云的旋转。

当时，范马南已经宣称自己在【漩涡星系M101】照片中发现了这种旋转的证据，虽然漩涡星云旋转本身并不涉及辩论的位置问题。

但沙普利指出，假设漩涡星云和银河系有相同大小，我们就可以估计到漩涡星云的距离，如果漩涡星云具有观测到了【旋转角速度】，考虑漩涡星云的巨大距离，那真实的旋转速度将是不可思议的大。

已知星云自身会因为这种旋转而解体，因此，结论只有一个，漩涡星云并没有离我们太远也不是很大。

克里斯接着沙普利进行演讲。

他将演讲的主要部分放在反驳沙普利的观点上。

首先，他反驳了沙普利关于【大银河系】的观点，他指出沙普利对球状星团的测距主要依靠造父变星的周光关系。

而这种测量存在很大的不确定性。

在克里斯看来，银河系的大小只有3万光年，这个数值比真实偏小，介于真实数值的1/3和1/2之间，但也不算离谱，毕竟是天文学上的尺度。

就像两个人，一个成年人身高1米8，另一个5岁孩子身高0.8米，他们都是人类。

其次，他反驳了沙普利关于漩涡星云的分布和银河系的观点。

他指出，【漩涡星云】的分布特点很可能是由于【星际尘埃】造成的选择效应，因为银河盘面附近的星际尘埃吸收散射了远处漩涡星系的光，使得它们变得很难观测到。

至于沙普利关于新星的论据。

克里斯也有自己的观点，他引用了自己对【新星】的观测，并理论上讨论了，并不能排除一类特殊【新星】能够达到超乎常人难以想象的亮度。

这才是相对正确。

后来人们知道【仙女座S新星】事实上是一颗【超新星】亮度确实可以匹敌整个星系。

克里斯并非有对范马南的观点提出有利的辩驳。

但他认为，范马南的观点涉及不同时期照片的比较，照片质量的差异可能造成虚假的结果。他需要等待更长的时间，更多的比较才能让人信服，他的观测是正确的。

克里斯呢，也提出了自己的正面观点，对漩涡星云的光谱观测，他发现漩涡星云发出的光更像是很多恒星发出的光的集合。

有意思的是，在离开华/盛顿的时候，克里斯和沙普利都认为自己赢得了辩论的胜利。

克里斯和他的追随者认为，辩论明细的驳斥了【大银河系】的观点。

而在沙普利的拥护者看来，沙普利提出的都是有说服力的正面观点，而克里斯只能给出不令人信服的反驳。

在这个时候，克里斯和沙普利都没有意识到银河系的地位问题之争。

在不久的将来，将被名为爱德文·哈勃的年轻人解决。”


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