XXIX:从大银河到大宇宙

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收藏于 : 2021-03-03 23:19   被转藏 : 1       转藏到我的文章库

引言:从地心到日心,从日心到银心,我们的宇宙观经历了一次又一次的颠覆。那又是从何时起,我们才意识到,银河系不过是茫茫宇宙中的一方微不足道的小岛的呢?



知识点I:早期对“星云”的认识


       早在公元150年,古希腊天文学家托勒密在《天文学大成》一书中描述过在大熊座和狮子座之间有5颗星出现了模模糊糊的样子。第一个有明确定位的可能是阿卜杜·阿尔-拉曼·阿尔·苏菲,在他的《恒星专书》中提到仙女座那里有“一小块云朵”。这应该是M31仙女座星系最早的明确记录。在正式发行的学术文章中使用“星云”这个词汇的是哈雷,1715年他在英国皇家学会《哲学会报》中讲述了他发现6个乳白色亮斑,所谓“星云”只不过表明其所知的对象具有云雾状的外观,并不涉及到对它们物理性质的讨论。

 

知识点II:威廉·赫歇尔的宇宙


       威廉·赫歇尔使用18英寸反射镜搜集尽可能多的星云种类,在20年里观测到的星云已经达到了2500个,他终于意识到星云和星团有着本质区别。此前,他认为星云是更遥远的星团,只要分辨率足够,就能看清星云,但后来他发现星云中有星,但没有很多聚集在一起的星,所以星云一定是客观存在的新的天体类型。他提出一种宇宙演化的理论:宇宙一开始恒星的分布是相当均匀的,随后引力作用使星星在某些地方聚集起来,形成所谓的星团;而其他地方则是弥散状的星云,引力使它们在不同地方凝聚成为更加浓缩的星云,浓缩的星云最终形成一个个恒星;这些恒星在引力作用下聚集在一起,先形成广泛而松散的星团,再慢慢形成比较紧密的星团。星团的剧烈聚集最终会崩溃,向宇宙发出光芒,为形成新的弥散状星云提供物质,新的一轮循环又重新开始。

赫歇尔兄妹


知识点III:发现螺旋状“星云”


       1845年2月,第三代罗斯勋爵威廉·帕森斯观测M51后宣布:有些星云是呈螺旋状的。不过当时并没有谁把银河系与旋涡星云联系起来。1852年斯蒂芬·亚历山大教授才发表一篇题为《银河系——一个旋涡》的论文,但响应者不多。但是随着越来越多的旋涡星云被发现,银河系本身是否也是旋涡结构的问题才一次又一次地被提及。

大型旋涡星系M51


知识点IV:光谱观测帮助“星云”分类


       1864年8月29日,威廉·哈京斯观察了天龙座内的行星状星云的光谱,发现光谱只在绿光部分比较明显,其中有一条显然与氢有关。到了1868年他观测了大约70个形状大小不一的星云的光谱,他发现大约1/3是气状的,看上去像云,2/3是星状的,有暗弱的连续光谱。“星云”这种奇怪的天体到底是“星”还是“云”?是不是因为太远,“星”才变成了“云”?如果太远,会远到什么距离呢?

 

知识点V:关于宇宙结构的大辩论


       1920年,在华盛顿召开了一次史上著名的辩论会,焦点问题就是银河是否等于宇宙。哈罗·沙普利认为太阳系所在的银河系就是整个宇宙,俗称“大银河,小宇宙”。赫伯·柯蒂斯相信康德的“岛宇宙”观点,认为那些旋涡星云是跟我们银河系一样的“宇宙”,像汪洋大海中漂浮的一个个小岛,彼此相距甚远,他的观点被称为“大银河,大宇宙”。

 

知识点VI:哈勃“裁定”辩论结果

       埃德温·鲍威尔·哈勃从1923年10月开始着手系统性地搜索仙女座星云中的新星,在第一张底片上就找到了一颗疑似新星,不过翻阅历史照片并连续跟踪拍摄多日后确定那是一颗造父变星。是通过造父变星的周光关系可以测量天体的距离,据此,哈勃测定仙女座星云距离我们远在90多万光年外。随着第二颗变星的发现,哈勃的结论更为确信,仙女座星云是与银河类似的星系,宇宙要比银河系大许多。

仙女座星系(M31)


知识点VII:仙女座星系距离和大小的测定


       既然仙女座星系与银河系是相似的,那就应当“赋予两者相同的地位”,这是重要的思想转变。如果仙女座星系里的恒星和星团亮度的特征与银河系内是相同的,那么它就必须在150万-200万光年以外,直径也要比哈勃的认知大出许多。


       1944年,巴德将恒星分为两类。星族I的恒星主要分布于银道面,包括太阳以及邻近的恒星、疏散星团中的恒星,以及电离氢区、气体和尘埃等,相对比较年轻,沿着近圆轨道绕银河系中心旋转。星族II是老年恒星,没有或者很少有气体和尘埃,主要存在于椭圆星系、旋涡星系中央核球,以及旋涡星系中同样不含尘埃的球状星团里,沿着椭圆轨道绕银心运动。


       沙普利用属于星族II的球状星团测定银河系直径,但用来矫正周光关系零点的造父变星位于银河系旋臂中近距离星族I的恒星,两者是有区别的,而哈勃测定仙女座星系的方法是后者,这些恒星已经被证明实际亮度被低估了,因此它们应该更远一些。结论就是仙女座星系要远许多也大许多。现在测定的距离在254万光年左右,直径约为22万光年,比银河系更大。


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