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《柔软的宇宙 第12章 开天眼》




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更新时间:2017年8月10日

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第12章 开天眼

      早在伽利略那个时代,伽利略通过望远镜就看到了大量的恒星,比肉眼看到的要多得多。后来哈雷又发现,这些恒星也不是不动的,其实它们也在运行,恒星也是天体。既然如此,那么恒星也有远近,也有组织结构。后来有人提出,看来这些恒星并不是孤立存在的,它们之间应该存在着某种联系。

      1750年,英国天文学家赖特提出:天上所有的恒星和银河共同组成一个巨大的天体系统,它的形状像是一个车轮或薄饼,太阳系就在其中。站在这个天体系统向外看去,就可以看到银河的形象,他甚至猜测到银河轮廓的不整齐,很可能是由于太阳不在银河中心的缘故。1755年,德国哲学家康德在他的著作《自然通史和天体论》一书中,发展了斯维登堡和赖特的思想。他认为貌似“云雾状的星体”实际上是比恒星大几千倍的恒星世界,其中每一个恒星都联系在一个共同平面上,从而组成一个协调的整体。他还认为整个宇宙是无限个这样有限大小的天体系统所组成的总体,就像群岛一样,因此也叫做宇宙岛。1761年,德国学者朗伯提出了一种无限阶梯式的宇宙模型,他认为太阳系是第一级体系;太阳及其周围的许多恒星构成的恒星集团是第二级体系;银河系这种庞大的恒星集团的总和,构成了第三级体系;第四级、第五级以此类推直至无穷。当然很多东西在当时是看不清楚的,比如说“星云”。康德说星云也是恒星组成的星系,有人则不同意这种说法,他们认为,既然叫“星云”,那就是一片云。

        这时候一个音乐家站出来了,他叫赫歇尔,是个半路出家的天文学家。他最大的本事是磨制望远镜,家里都变成望远镜作坊了。他磨制的望远镜,让英国格林尼治天文台都羡慕不已。他一共出售了几十个望远镜来补贴家用,还把他弟弟妹妹和儿子都拉下了水,全家老少一起研究天文学。赫歇尔最有名的贡献是发现了天王星,不过,他还对恒星和星云也做了大量的研究,坚持不懈地对天上的星星做了统计。他通过一千〇八十三次观测,一共数了六百八十三个取样天区中的十一万七千六百颗恒星,获得了丰富的观测资料。他发现银河附近的星星比其他地方的星星多得多,天空中的星星并不是均匀分布的。1785年,赫歇尔给出了一幅扁平、轮廓参差不齐、太阳居中(这是错误的)的银河结构图,首次用观测证明了银河与众多恒星确实构成了一个天体系统,这就是银河系。

        赫歇尔还做了一项在当时非常有影响的工作,那就是对星云的观测。他使用当时首屈一指的反射望远镜(图12-1)观测那些“云雾状天体”(当时也有人称之为“无星的星云”),一共选择了二十九个观测对象,结果,它们中的绝大多数都分解为一个个暗弱恒星的集合体。赫歇尔认定“星云”就是星系,他认为,一些在现在的望远镜中无法分辨出恒星的“星云”,是因为现在的望远镜还不够大,分辨率还不够高,将来更大的望远镜中也许会分辨出其中的一颗颗恒星。由于赫歇尔的声望,他的结论一发表就产生了很大的影响。

        然而,毕竟还是有大量的星云无法分解成一颗颗恒星,因此这事没有定论,到底星云是个什么东西?赫歇尔就发现一个星云,中间一颗恒星,周围有云气状的结构。赫歇尔麻爪了,看来的确无法分解成一颗颗恒星,于是他把它们叫做“行星状星云”。后来我们知道,这些行星状星云是年老的恒星爆发的产物,说白了就是老年恒星“死给你看”,恒星临死之前爆发了一把,气体被爆炸喷成了一个云团。美国宇航局网站上常常会放出行星状星云的照片,都很漂亮!后来,爱尔兰的罗斯伯爵下决心超过赫歇尔,他磨出来的大望远镜口径远远把赫歇尔的望远镜甩在了后面,但是很多星云依然没法分解成一个个恒星。大家折腾了好久,对星云这东西还是说法不一。这时候物理学大发展,给天文学提供了不少技术手段,天文学家们发现,天体是可以测量光谱的。有的是光谱里面某些部分明显比较亮,有一系列的明线,有的是光谱里面明显有暗线。两种情况恰好相反,是不是可以拿这个特征作为区别的依据呢?大家都觉得可以。可是没多久大家又都泄气了,因为陆陆续续发现了不少星云的光谱既没有亮线,也没有暗线。这事吵了近二百年,到现在也没得出个明确的结论,星云的本质仍然是个谜。

        就在科学家们为天上的星云不断争论的这些年间,世界格局出现了大的变化,那就是美国崛起了。赫歇尔正在研究恒星结构的时候,美国爆发了独立战争,科学家们开始研究恒星光谱的时候,美国恰好打了南北战争。在打完南北战争以后,美国进入了突飞猛进的阶段。发明重机枪的马克沁是1840年出生,发明大王爱迪生是1847年出生,发明电话的亚历山大贝尔也是1847年出生。迈克尔逊生于1852年,莫雷生于1838年,他们大多在这个时代成长起来。当然了,同时代还冒出了很多富可敌国的大企业家,比如大财阀摩根1837年出生,报业大王普利策1847年出生,洛克菲勒1839年出生。南北战争一结束,这批人刚好是风华正茂的年轻人,整个美国显得富有野性也富有生机,就像一个进入了青春期的棒小伙子,几年不见就长成了一个人高马大的壮汉。

        美国人有钱了,在工业技术方面突飞猛进,可是在理论科学方面就显得薄弱了。他们羡慕人家欧洲人底蕴深厚,理论科学的中心一开始在英国(牛顿、胡克那一批),慢慢地转到了法国(拉普拉斯,拉格朗日,拉瓦锡等),再之后又转到了德国(普朗克、能斯特、爱因斯坦等)。美国差得好远,不过美国人有钱啊!咱们可以农村包围城市,先从实验性的观测性的东西下手,然后再往理论方向突破。美国人就是这么干的,他们有钱任性。特别是美国人出了一个天文学家叫海耳,这个海耳在研究太阳方面有非常大的贡献,发明了单色光照相机。有了这东西,就可以看到过去难以观测的太阳色球层,俗称叫“日珥镜”。日珥的爆发就是在色球层才能看到。

        不过呢,他对天文学最大的贡献还不是这个,而是学会了拉赞助。他游说金融家C·T·叶凯士出资建造了叶凯士天文台,并安装了世界上最大的1米折射望远镜(1897年落成)。还游说商人胡克和卡内基基金会共同出资在威尔逊山天文台建成100英寸(2.54米)的反射望远镜(图12-3),1917年建成之后的三十一年中它一直是世界上最大的望远镜。1928年他筹款建造200英寸(5米)望远镜和帕洛马山天文台,该望远镜直到1948年才建成,背后出钱的是洛克菲勒基金会,为了纪念海耳,望远镜被命名为海耳望远镜(图12-4)。天眼巨镜,成为窥探宇宙奥秘的独门利器。当然,我们可以解读出洛克菲勒与卡内基比赛花钱的味道,建大望远镜的事儿,两家没少掰腕子。海耳最大的贡献,就是忽悠一帮子富豪掏钱建立天文台,建造大望远镜。这些大望远镜获得的成果,远远超过了他自己单打独斗。天文学毕竟是一门观测的科学,没有趁手的家伙是玩不转的,谁的望远镜大,谁就容易出成果。美国人的思路也很清晰,理论水平不如欧洲不要紧啊,咱们先搞实践。天才的脑袋瓜子千金难买,仪器设备是可以砸钱堆出来的。

          海耳在芝加哥大学当过教授,学生里面有不少人很仰慕海耳的贡献,有一个年轻人就是因此喜欢上了天文学。海耳几年后去了叶凯士天文台当台长,这个年轻人二十八岁的时候也去了这个天文台当研究生,不巧的是海耳去了威尔逊山天文台继续搞更大的望远镜。后来美国参加一战,这个年轻人当了两年的兵。到了1919年,这个小伙子来到了加州威尔逊山天文台工作。他倒是追随着海尔的脚步,海耳到哪儿,他就奔着哪儿去,这个小伙子,就是后来大名鼎鼎的“哈勃”。
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