程鹗的华人科技资讯网博客分享 /u/eddiecheng 与科学、科学家、科学历史无关的通俗小文

博文

宇宙膨胀眼前的故事(之十):哈勃的“新”发现 精选

已有 1040 次阅读 2019-05-16 08:15 |小我分类:科学历史|体系分类:科普集锦

冷不丁被哈勃的一封信颠覆了宇宙观的沙普利没有再纠缠两人以往的过节,很快全盘接受了哈勃有松软数据支撑的新世界。作为哈佛天文台台长,沙普利不再有在前沿观测、科研的机遇或气力,已经在蜕化为端坐在他那盘制办公桌后面的行政职员。阅读八角桌上越来越多的论文和申报,他意识到天文名词必要正本清源,明白那几个历史悠久、不停都在被当作同义词而混用着的基本概念:“河汉”(Milky Way)、“星系”(galaxy)、“宇宙”(universe)。

他提议以“河汉”专指咱咱咱们地点的“星系”,河汉只是“宇宙”中有数的星系之一。在河汉之外,咱咱咱们看到的每个星云都是一个或多个与河汉类似的星系。统统的星系的全体是咱咱咱们的“宇宙”。如许,“宇宙”从新规复了原有的含义:唯一无二、包罗万象的宇宙。

那个自康德开端的“岛屿宇宙”概念则应该被摒弃——星云不是个别的宇宙,只是宇宙中的星系。比如,“仙女星云”(Andromeda Nebula)应从新定名为“仙女星系”(Andromeda Galaxy)。

哈勃却依然不乐意附和沙普利。他固执地对峙“星系”这个词的本源含义——在古希腊它与“河汉”同样来自“奶”的神话,故只能是河汉的同义词。终其一生,他顽固地把河汉外的星云别扭地称之为“星系外星云”(extragalactic nebulae)。(勒梅特1927年的那篇论文也采纳了这个称呼。)

直到哈勃逝世之后,天文界才同等性地采纳了沙普利的提议,成为咱咱咱们本日的模范语言。

× × × × ×

1914年斯里弗在东南大学集会上申报星云光谱时,刚开端研究生学业不久的哈勃也在听众席中。哈勃在那次集会上被选为美国天文学会会员,并很可能便是因为斯里弗的演讲而与星云结下毕生之缘。在他参军上战场前匆匆而就的那篇“暗淡星云”毕业论文中,他颇遗憾地表示,要看清楚星云,必需有比他其时所用的更壮大的望远镜。

十年后,如愿以偿地在威尔逊山用最壮大的胡克望远镜找到仙女星云中的造父变星、给沙普利寄出那封信之后,哈勃倒忙里偷闲地结婚度蜜月去了。

CXmk4f5WQAAA7cI.png

1924年,新婚的哈勃和他的妻子格蕾丝。

他的新娘格蕾丝(Grace Hubble)是洛杉矶银行家女儿,为他带来一笔不小的产业。哈勃九泉之下的老父亲终于可以或许瞑目,不用再担心陷于追星梦的儿子无法养家糊口。只是婚礼上没有出现哈勃的亲人。搬到西海岸后,他与中西部乡下的家庭切断了联系。在其后与哈勃30年的共同生活中,格蕾丝从来都没有见过他的任何家人。

威尔逊山下的美澄电影城这时进入第一个黄金时代。身材高大仪表堂堂衣着讲究一幅英国名流派头的哈勃如鱼得水。格蕾丝特别擅长社交,他咱咱们的爱巢很快成为热门的聚会场合。包含卓别林(Charlie Chaplin)等的一流影星,和剧作家、导演,都是家中常客。这个圈子里的人觉得哈勃作为科学家实在是浪费人才网网。他咱咱们赞美他为希腊美神阿多尼斯(Adonis),比当红男星盖博(Clark Gable)有过之而无不及。

在这个娱乐小圈子之外,哈勃的名声也正如日方生。罗素在1925年元旦宣读他的论文之后,媒体以各种耸人听闻的标题、哗众取宠的笔调渲染他所发现的“千万个的宇宙”、“天堂的新奇景”……(当然,他的论文也正如罗素预测,博得了美国天文学会的年度大奖。)哈勃这个名字开端变得众所周知。

在威尔逊山上,哈勃少校却依然因为他的做派而形单影只。在外的名声只是让他与其余共事的矛盾愈加尖锐。在山上,最有人缘的是另外一共性格、为人等各方面加牍勃截然相反的职员。

× × × × ×

胡马森(Milton Humason)在学历显赫的天文学群体中是一个绝无仅有的异类。他也是出身于中西部的乡下,但幼年时并没有哪个长辈送过他天文望远镜。他父亲教给他的是钓鱼、打猎等户外生活的技能和乐趣。他还年少时随家庭搬到洛杉矶,很快就与这里更好的学习环境格格不入。好在每一年夏天,刚刚十来岁的胡马森可以或许或许加入在威尔逊山上的夏令营。那时候还没有天文台。在荒山上他钓鱼、射击、攀爬,尽情地享用自然,乐不思蜀。终于,在高中第一年时,他压服父母准许他退学,跑到山上的一个旅馆当小伙计,过起自食其力、从容从容的日子。

海尔也恰是在那期间选中送尔逊山修建天文台,开端了艰辛的基建工程。少年胡马森看着那些在山路上频繁运送物资的骡马队很眼馋,也看到了机遇,便跟人学会了这一技能,成为驾驭骡马的高手。两年后,当天文台冒险搬运1.5米口径望远镜上山时,恰是17岁的胡马森率领骡马队协助载重卡车一步一步地挪过山上崎岖、狭窄的惊险小道。

Milt-and-pack-horse-on-trail-1910.png

1910年,不到20岁的胡马森在威尔逊山上。

几年下来,他天真生动、自来熟的共性让他成为山上山下统统人的同伙。

只是好景不长,他与天文台首席工程师的女儿坠入了情网。为了博得未来丈人的首肯,胡马森不得不结束在山上的无忧无虑,到洛杉矶市郊办理起家族的农场果园——有前途的体面工作。又不到几年,小两口不只要了下一代,还存下钱置买了自己的农。晌本地殷实充裕的胜利人士。

偏偏老丈人又随口透露山上已初具规模的天文台要雇佣一个干净工,再度勾起胡马森的浪漫情怀。他咱咱们匪夷所思地变卖了农场,搬进山上小木屋,成为天文台的最低端生齿。胡马森担当着洗刷天文学家夜以继日冲洗底片的各种化学试剂、打扫渣滓等重担,还要在风暴后清障铲雪,包管山上小道的通顺。闲暇之余,他与四岁的儿子在山溪中钓鱼、林间漫步野餐打雪仗,其乐融融。

他乐此不疲,重要还是因为这份工作带有一项“福利”:晚上可以或许或许自愿去给天文学家打下手。从跑上跑下递送物件到按照指定的坐模范备望远镜的朝向、置观测箱、更换底片,和在观测职员休息的间隙代替监控望远镜……他就如许一点点地学会了天文观测的基本技能。对他来说,这并不比少年时学会驾驭骡马难多少。

他的勤勉和豪情亲热博得了天文台中每一小我的喜爱和相信。他还曾冒着性命危险独自追踪、猎杀了一只在附近惹是生非的山狮,更令他声名大噪。沙普利称他为不行多得的“文艺中兴式人物”(Renaissance man)。慧眼识珠的天文学家私下指点、培训他停止自力的天文观测,并与他共同署名发表论文。

1919年,年方28岁的胡马森被海尔破格聘任为正式的天文职员,实现为了从骡马手、干净工到科学家的飞跃。在现代天文台中,这很可能是前无古人后无来者:胡马森不停连高中学历都不具有。(1950年胡马森快退休时,瑞典的隆德大学因他对天文学的贡献付与他名誉博士学位。那时他已经发表近100篇科学论文,也是英国王家天文学会会员。)

不过,即使是对他极其观赏的沙普利也有看走眼的时候。在为沙普利当助手时,胡马森注意到沙普利拍摄的星普掌有个别亮度的变更,曾特意标出提醒沙普利注意。其时还深陷在“大河汉”思维中的沙普利很不以为然,训导了胡马森一番造父变星如何不行能在星云中出现的小道理后便顺手擦掉了他做的记号。几年后,胡马森看到哈勃恰是颠末过程与那几张照片的比较而发现了仙女星云中的造父变星,一举成名。(阴错阳差,过细的胡马森后来也曾错过一次在自己的照片中发现冥王星的良机。)

× × × × ×

哈勃其实只比胡马森大不到2年。拥有博士学位、留过洋的哈勃开端没有怎么注意过这个没有学历的小职员。等到几年后哈勃意识到他必要胡马森的帮助时,胡马森已经与他人合作发表了多篇论文,并在观测、拍摄暗淡的星云上有了自己的建树。

1928年夏天,哈勃已经是国际天文结合会中的星云委员会署理主席。他加入了在荷兰举行的年会,见到了驰名的实践天文学家德西特。德西特因为自己的宇宙模子力促哈勃存眷星云的光谱红移,唤起斯勃昔时听取的斯里弗申报时的感觉。斯里弗那时已经胜利测出了40多个星云的光谱,也抵达了他在洛威尔天文台的设备极限。要再供给柯蒂斯期望的“更多的数据”,非威尔逊山的胡克望远莫属。

回国后,哈勃决定会合精力研究光谱。胡马森的专一、仔细和耐心恰是长光阴追踪捕捉遥远星云那微弱的光亮所不行或缺的天赋。于是他难得地放下架子,向胡马森提议合作。胡马森可以或许承当那夜以继夜地连续曝光拍摄遥远暗淡的星云光谱的苦差事,让哈勃可以或许有更多的光阴寻找这些星云中的造父变星以估算距离、并追求它咱咱们之间的联系。胡马森虽然并不十分情愿,却也无力拒绝。

星云之所以称之为星云,便是因为它咱咱们的光亮过于微弱无法看清它咱咱们的本像。罗斯伯爵用利维坦看到它咱咱们的涡旋形状,哈勃用胡克望远镜终于发现了此中的造父变星。但这些还只是看距离比较近的星云。当哈勃把视线转向加倍模糊的遥远星云时,他发现即使是威力壮大的胡克望远镜也无能为力。更远的星云无法辨认个别星星,更遑论造父变星。

当然他也不是束手无策。在勒维特的尺子不好用之后,哈勃可以或许采纳其它办法:假设每个星云中最亮的星的内在亮度会差不多,他利用已知距离的星云中最亮的星的视觉亮度与未知距离的星云中最亮的星相比,可以或许大致估算出距离上的差别。再往远处的星云完全辨认不出个别星星,他又假设星云全体的平均亮度可能也差不多,用已知距离星云的平均亮度与未知距离的星云相比,估计更远的距离。

这个没有办法的办法不是哈勃的创造,沙普利在研究星团的距离——他的大河汉宇宙的大小——时,也采纳过相似的手法。在天文学上这叫做“宇宙距离阶梯”(cosmic distance ladder):在一种测量办法不再适用时,用它所测得的最远距离做基准转换到另外一种可能适用的办法。哈勃所用的从视差到造父变星到最亮的恒星到平均亮度只是这类阶梯的一种,天文学中另有其它可用作距离阶梯的测量手腕可以或许或许综合、对比应用。

× × × × ×

1929年3月,《美国科学院院刊》同时发表了两篇来自威尔逊山的论文。其一是哈勃的《星系外星云距离与径向速率之间的相干》(A Relation between Distance and Radial Velocity among Extra-galactic Nebulae)。在这篇文章中,哈勃揭示了他发现的规律:星云的径向速率与它咱咱们的距离成正比,并供给了一目了然的数据图。

h1.gif

哈勃在1929年发表的星云速率(纵坐标)与距离(横坐标)相干图。此中实心点、实线与空心点、虚线分离代表两种分歧计算办法的结果,二者相差不大。

在这篇论文中,哈勃采纳的其实只是斯里弗早已测出的光谱数据(但没有在论文中交待来源),因此他的“新”发现与勒梅特两年前已经发表过的结论并无二致。但引人注偏向是紧跟着的另外一篇、由胡马森单独署名的论文:《NGC7619 的弘大径向速率》(The Large Radial Velocity OF NGC 7619)。胡马森的这篇论文简短得不到一页,只报导了一个数据点。在这简略文字的面前,却是一番不敷以外人道的辛劳。

在答应与哈勃合作后,胡马森便埋头苦干,极力拍摄那个暗淡星云的光谱。颠末一系列的屡败屡战,他终于获得一张可用的光谱照片,发现那个星云的速率高达每秒3800公里,比沙普利已经看到的最高速率又高了两倍多。

当胡马森拿着这张底片敲开哈勃办公室的门时,一向矜持端庄的哈勃也掩饰不住兴奋,惊动了全体天文台。哈勃早已估算好这个星云的距离,胡马森的速是是按照正比规律所预测的数值,把他那张图上的直线延长了整整两倍!

哈勃对他这个合作者还不那么宁神,既没有合写论文也没有间接采纳这个重要的数据,而是在同时发表的两篇论文中互相引用说明。如许,他既能利用这个数据的支撑又不必要承当万一出错的任务。

测量这一个数据点的辛劳和哈勃的心计已经让胡马森身心俱疲,发誓退出、不再持续测量星云光谱。只是情势比人强,他咱咱们这一历史性打破的意义早已远远超出小我的恩怨。威尔逊天文台不顾其余天文学家的反对,将胡克望远镜的观测光阴几乎完全交给胡马森一小我公用,并专门为他购置了最先辈的照相机。

不久,他又胜利地拍摄到更远的星云:距离约1亿光年之巨,径向速率高达每秒2万公里——光速的百分之六。连哈勃这时也深感佩服:“胡克望远镜终于在你手中物尽其用了。”("Now you are beginning to use the 100-inch the way it should be used.")

h3.gif

分歧距离的星云(自上而下越来越远)光谱比较,可以或许看到被标识为“KH”的钙谱线越来越往右边(赤色)移动。

当然,更重要的是,那么遥远的距离,那么弘大的速率,依然相符着速率与距离的正比相干。至此,这个相干的普适性已经毋庸置疑。

哈勃早已奠基的名声包管了他的发现不会像勒梅特的那样被忽视。在发现宇宙真正的尺度之后仅仅四年,哈勃又发现了宇宙之不行思议的运动规律。这后一个历史性的贡献立刻被定名为“哈勃定律”(Hubble's Law)。其定律中速率与距离正比相干的系数也相应地被叫做“哈勃常数”(Hubble's Constant)。


(待续)




/blog-3299525-1179310.html

上一篇:宇宙膨胀眼前的故事(之九):一个天主教牧师的全新宇宙观

1 黄裕权

该博文允许注册用户评论 请点击登录 评论 (1 个评论)

数据加载中...
扫一扫,分享此博文

Archiver|手机版|华人科技资讯网 ( 京ICP备14006957 )

GMT+8,>2019-05-16 16:12

Powered by ScienceNet.cn

Copyright © 2007- 中国科学报社

返回顶部
友情链接:中卫生活资讯网  cad教程网  家具品牌大全网  互动钓鱼网  启迪教育咨询网  中国优质生活网  丰汇资讯新闻网  金刺猬文学社  中国家居新闻网  机电工程师网