在当今世界,没有任何望远镜比哈勃的0+望远镜更著名。尽管钱德拉X射线望远镜和其他具有同样极强观测能力的设备不断向人类展示宇宙的图像,但每当提到美丽的天文图像时,哈勃太空望远镜是每个人首先想到的东西。
虽然著名的哈勃望远镜0+广为人知,你还记得埃德温·哈勃吗,伟大的天文学家和给望远镜命名的地标?
伟人的早期生活
埃德温·哈勃于1889年11月20日出生于美国密苏里州一个保险从业者的家庭。从童年起,他就非常优秀,但他最突出的一点不是学习,而是运动,甚至在他上学的时候打破了跳高的国家纪录。
上大学后,哈勃主修天文学和数学,并从牛津大学获得了法学硕士学位(这个领域已经跨越得够远了)。1913年,由于父亲的去世,他回到美国当体育老师。
一年后,哈勃进入芝加哥大学攻读博士学位,并于1917年毕业。正当他准备献身于天文学的时候,美国宣布他将参加第一次世界大战,并且他参军了(尽管可能不是在战场上)。
然而,威尔逊山天文台台长乔治·埃勒里·黑尔明智地决定为哈勃保留一个位置。我们应该感谢黑尔的这个决定,这样哈勃才能在1919年返回威尔逊天文台。在这里,哈勃将展示他的才华,让全人类再次了解我们上方的宇宙。
探索星系天文学——我们都是宇宙中孤立的岛屿
仅仅100多年前,人们认为银河系就是宇宙。只有一部分人认为有些星云似乎不属于我们的银河系,而是独立于星系外和平行星系。
每个人都试图证明自己的观点,试图通过观察找到证据,哈勃就是其中之一。从1923年到1924年,他用威尔逊山天文台刚刚建造的254厘米反射望远镜——胡克望远镜进行了大量的观测。在观察仙女座星系和M33时,他将它们的边缘分解成恒星,并发现了一个强大的工具——造父变星。
造父变星被称为“宇宙统治者”。这个天体的光周期与其亮度直接相关,科学家可以很容易地计算出来。只要观察和记录它们的光变周期,就可以知道它们的绝对亮度,然后利用绝对星等和视星等的换算公式就可以很容易地计算出天体的距离。哈勃通过两个星系中的造父变星计算出这两个星系之间的距离远远超过了银河系的直径(尽管这两个数据在当时都不准确,但它们并不妨碍哈勃的结果)。因此,可以肯定的是,它们不可能位于银河系中。
尽管哈勃做出了如此重大的发现,主流天文学界仍然嘲笑它,宁愿相信哈勃犯了一个错误,也不愿接受事实并反对哈勃的结论。
哈勃是一个坚持认为事实就是事实的人。因此,1924年,他在《纽约时报》上发表了研究结果——可见他遭受了多大的阻力。这样一个伟大的发现不可能首先在学术期刊上发表。
世界上仍然有许多清醒的科学家,他们终于开始接受这个事实。1925年,哈勃在1月1日的美国天文学会会议上正式展示了这一成就。至此,天文学家关于宇宙和银河系之间关系的辩论已经完全结束。为星系天文学奠定了基础。后世也称哈勃为星系天文学之父。
犯爱因斯坦错误的人
哈勃不仅能让许多天文学家承认他们的错误,还能让历史上最伟大的科学家爱因斯坦承认他的错误。
1915年,爱因斯坦提出了著名的广义相对论。然而,当考察他的成就时,爱因斯坦发现了一个惊人的提示:宇宙正在膨胀。正如其他天文学家认为银河系是整个宇宙一样,爱因斯坦也相信宇宙稳态理论。为此,他毫不犹豫地假设一个宇宙常数来“修正”他的理论,以维持宇宙的稳定性。
20世纪20年代,在结束了关于宇宙岛的争论后,哈勃开始研究星系外的红移现象。正是他的研究成果让爱因斯坦意识到了自己的错误。
红移实际上是一种多普勒效应。换句话说,因为这些银河外星系的光源远离地球,光的波长会变长,并在光谱中变成红色。然而,有一件事让他疑惑:为什么所有的银河系外星系似乎都离我们很远?他思考的结果是宇宙正在膨胀,所以星系随着宇宙的膨胀而远离我们。从天文学上来说,这被称为天体的退化。就像你在气球上画几个圈。随着气球变大,这些圆圈之间的距离会越来越远。
这一次,天文学家似乎比上一次更加“开明”,因为观测结果确实证明了哈勃是正确的。与此同时,一些人将这一结果与广义相对论相结合,发现爱因斯坦显然得到了正确的答案,但他使用了一个“宇宙常数”使自己错过了成为第一个证明宇宙正在膨胀的人的机会。
爱因斯坦本人很快不得不接受现实,承认宇宙正在膨胀。最后,他从广义相对论中移除了宇宙常数,并不情愿地承认这是“他一生中犯的最大错误”。
哈勃常数,宇宙命运的关键
事实上,哈勃不仅发表了宇宙膨胀理论,还发表了一个更重要的推论:哈勃定律。
当观察天体的退化时,他发现它们的退化速度与它们离地球的距离成线性关系,这就是著名的哈勃定律。哈勃定律表示为:Vf = Hc x D
其中,Vf指天体的后退速度,单位为千米/秒;d是天体和我们之间的距离,单位是百万秒(MPc,326万光年);Hc是哈勃常数,单位为公里/(秒)。
在这个公式中,哈勃常数是一个我们不知道的值。它的数值决定了遥远天体的后退速度。由于它们的后退源于宇宙的膨胀,哈勃常数直接决定了宇宙在不同位置的膨胀速度。因此,对于天文学家来说,哈勃常数始终是一个非常重要的未知数。
只有通过确定哈勃常数,我们才能知道宇宙在不同位置膨胀的速度。目前,没有人知道宇宙的膨胀是否会结束。还不知道它会永远膨胀还是有一天会开始收缩。通过哈勃定律,我们可以更好地观察宇宙,了解它的膨胀过程。
自从哈勃提出哈勃定律以来,天文学家们一直试图一个接一个地找到哈勃常数,结果之间的差异非常大。2013年3月21日,欧洲航天局的普朗克卫星给出的结果为67.80±0.77公里/(秒MPC)。然而,在2019年,德国天文学家利用引力透镜效应获得的哈勃常数是82.4千米/(秒MPC)。
从这两个数据推断的宇宙年龄分别是138.2亿年和114亿年。可以看出,这两个值之间的差异仍然很大。因此,探索哈勃常数还有很长的路要走,天文学家需要很长的时间才能得到准确的结果。
在这位伟人生命的尽头
在接下来的几年里,哈勃没有做出任何突破性的发现。然而,只有前两个发现足以使他不朽。
1953年,哈勃在加州圣马力诺死于脑血栓,享年64岁。他死后,他的妻子格蕾丝·哈勃没有向公众宣布她的死讯,也没有举行葬礼。他就像头顶上的宇宙,用沉默和深沉向世界告别。这对夫妇没有孩子。
然而,人类不会忘记他的伟大贡献。为了纪念哈勃的成就,天文学家以他的名字命名了小行星2069和月球上的一个陨石坑。最著名的是美国宇航局1990年发射的Tai 0+望远镜,或哈勃的Tai 0+望远镜。
哈勃死了,但他的名字还在。有一天,哈勃的0+望远镜也将退役。然而,他的名字,就像他的功绩一样,将永远留在地球上。
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