这张照片并不为人所知,但它应该是标志性的,包括哈勃在上面用红色的题词:他写道“VAR!并划掉了星星旁边的“N”。最初,他将照片中可见的一个小物体识别为新星,这是一颗恒星,它的亮度会随机短暂地增加,然后逐渐消失,再次变得相当暗淡。但那天晚上,令哈勃惊讶的是(从他的感叹号判断),他发现这颗恒星的亮度是周期性变化的。
这正是他想要的。在1923年的那个秋夜,所谓的“大辩论”已经过去三年多了,这场辩论的主题是银河系是宇宙的全部,还是可能有其他类似银河系的地方,其他……在那个时候,我们今天所知道的星系还没有出现!大辩论中讨论了两种选择。一种说法是,那些被称为螺旋星云的星云——比如梅西耶31(在本文第一段提到),自18世纪末查尔斯·梅西耶发表他的《星云和星团目录》以来,人们就用这个名字来称呼它——是我们银河系的一部分。另一种可能性是,它们是其他类似的物体,超出了我们家的范围。在那场辩论中,两种可能性的论点都得到了推进,但三年后被证明是错误的选择,即宇宙仅限于我们银河系的大小,在当时获胜。科学有时为了飞跃而后退一步。请注意,我很难在这一段中不写“星系”,但这个词并不像我们今天所知道的那样存在,大辩论也不是这个词的好兆头。
哈勃肯定不太相信大辩论的结论,因为他一直在试图回答一个如此基本(但又根本)的问题,这个问题似乎是一个孩子问的:宇宙有多大?为了找到答案,他开始寻找一种已经被发现的恒星,在梅西耶建立他的星表大约10年后,也就是1784年,这种恒星的亮度会周期性地变化。一个多世纪后,在1908年,科学慢慢进步:天文学家亨丽埃塔·斯旺·莱维特发现,这些恒星的变化周期取决于它们的亮度。这些恒星被称为造父变星,因为发现的第一颗(嗯,今天我们认为是第二颗)是造父星座中第四亮的恒星,以仙女座的父亲命名(多巧啊!)因此,它的名字是造父变星Delta,它是造父变星的修饰符。
哈勃知道,宇宙赋予我们的造父变星的这一伟大特性可以用来确定与遥远天体的距离。我们只需要寻找造父变星,研究它们的变化,确定它们的周期(所有这些都需要很大的耐心和人类计算机的帮助),我们可以用这些来计算它们的内在能量(它们每秒释放的能量)。我们天体物理学家称之为光度(因为天体物理学有很多历史,我们不愿意使用合适的物理词:能量)。通过将能量与我们接收到的光进行比较,我们可以计算出距离。用物理数学的方法来描述一个非常明显的特性就足够了,那就是灯塔,无论在近距离看时多么明亮,多么令人眩目,在更远的距离上就会变得更暗。
今天,我们可以说,在1923年10月5日至6日的晚上,哈勃怀着这个伟大的目标发现了浩瀚的宇宙。通过那天晚上以及随后几周的观测,哈勃计算出到仙女座的距离约为200万光年。大辩论讨论银河系的大小在3万到30万光年之间,所以哈勃的计算是无可指责的:那颗恒星,今天被称为V1(80年后被哈勃望远镜观测到),肯定属于仙女座星云,比银河系的范围远得多。此外,在这个距离上,考虑到天空中星云的大小,通过使用另一个物理数学方程来说明遥远的物体看起来比它们小(一般来说,这是一个谎言,但那是另一个故事),可以计算出仙女座星系的大小与银河系相似。
哈勃和其他天文学家连续数年测量到,当时已知的许多其他星云的距离等于或大于200万光年。哈勃距离的误差是原来的2倍,这无关紧要。数量如此之大,以至于人们只能得出结论,存在其他银河系,其他……星系。这就诞生了一个新的术语,一个新的科学分支,一个全新的宇宙概念。在100年前的那个晚上,我们通过数据了解到宇宙是巨大的,它的大小在相机快门的眨眼间(45分钟)永远地改变了我们。我们也正处在一个范式转变的门槛上,我们如何看待宇宙,我们很快就会发现宇宙正在膨胀,也是因为那个“VAR!”以及哈勃在100年前发现的M31中的第一颗造父变星。从那一刻起,宇宙再也不一样了。
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