2007年2月13日星期二
The Great Debate
事实上，辩论并没有人们想象中的那么激烈。这场辩论作为是美国国家科学院的年度演讲进行的。在计划中，辩论会有双方各一个45分钟的演说和相互问诘组成。但由于Curtis以他的口才著称，他的对手Shapley害怕在问诘的环节中自己会因为不善于言辞而不能充分表达自己的观点，所以和组织者协商，将辩论去掉了相互提问的部分，并把时间也缩短到40分钟。
来自威尔逊山的Shapley率先发言，他支持一个巨大的银河系模型，并且认为银河系就是整个宇宙。在他的演讲中，他首先通报了自己长久以来的工作。这涉及到测量球状星团距离并使用球状星团来定义银河系的边界的方法。通过这样的方法，他得到太阳系的实际位置并不是在银河系的中心而是偏于银河的一隅（正确的结论）。并且他提出银河系的大小是300000光年（比今天知道的大小大了很多，但并不是非常离谱）。在这个巨大的银河模型下，本来被认为是银河系伴星系的大小麦哲伦云被吞入了银河系的边界内。那么人们观测到漩涡星云是什么呢？Shapley认为这些漩涡星云是完全由气态的星云物质组成的，它们都在银河系内。对于这个观点，他提出了三个论据。
首先，Shapley提示大家注意发现的漩涡星云在天空中的分布情况。在当时，人们发现的漩涡星云分布向银河系的两极呈增加趋势（垂直于银河系的盘面），而在银河系的盘面附近则几乎没有漩涡星云被发现。如果漩涡星云和银河系是同等地位的星系，它们应该在宇宙中均匀的分布。纳么从银河系向四处看去，漩涡星云的分布应该是各向均匀的。Shapley认为这说明，漩涡星云必然和银河系有某种联系。银河系的某种性质主导了漩涡星云的分布。这样，漩涡星云理应离银河系并不太远。
之后，Shapley引用了1885年在仙女座大星云中心爆发的一颗新星的事件。在这次著名的新星爆发事件中，被称作仙女座S新星的天体，亮度在短暂的时间里竟然可以与整个星系的亮度相匹敌。Shapley指出，如果认为仙女座大星云是恒星的集合体。那么为何一颗新星的亮度可以和千亿颗恒星的亮度相比？这样的产能率是不可想象，甚至是荒谬的。所以只有一种可能，仙女座大星云中并没有太多的恒星，甚至并没有恒星。这是一个证据说明，漩涡星云只是由所谓的星云物质组成的。
最后，Shapley引用了自己好友，当时著名的观测天文学家Adriaan van Maanen对漩涡星云旋臂旋转速度的观测。Van Maanen 的工作涉及到比较不同时期拍摄的星云图片。如果能够发现漩涡星云旋臂有所变化，那么就可以证明漩涡星云的旋转。当时Van Maanen已经宣称自己在漩涡星系M101的照片中发现了这种旋转的证据。这件事情本身并不涉及到漩涡星云的位置问题。但Shapley指出，假设漩涡星云和银河系有相同的大小，我们可以估计得到漩涡星云的距离，如果漩涡星云具有观测到的旋转角速度。那么考虑漩涡星云的巨大距离，它真实地旋转速度将是不可思议的大，以至于星云自身会因为这种旋转而解体。因此，结论只有一个，漩涡星云并没有离我们太远，也并不是很大。
Curtis接着Shapley而进行演讲。他将演讲的主要部分放在反驳Shapley的观点上。首先他反驳了Shapley关于大银河系的观点。他指出Shapley对球状星团的测距主要依靠造父变星的周光关系，而这种测量存在很大的不确定性。在他看来，银河系的大小只有30000光年（小了，但也不是太过分）
其次他反驳了Shapley关于漩涡星云分布和银河系相关的观点。他指出，漩涡星云的分布特点很可能是由于星际尘埃造成的选择效应。因为银河盘面附近星际尘埃吸收散射了原处漩涡星系的光，使得它们变得很难观测到。（正确的，今天被证实了）
至于Shapley关于新星的论据，Curtis也有自己的观点。他引用了自己对新星的观测，并理论上讨论了并不能排除一类特殊新星可能达到超乎常人想象的亮度。（也是正确的，仙女座大星云S新星事实上是一颗超新星，当时的人们还不知道）
Curtis并没有对Van Maanen的观测提出有力的反驳，但他认为，Van Maanen的观测涉及到比较不同时期的照片，他需要等待更长的时间，更多的比较才能让人信服他的观测是正确。
Curtis也提出了自己的正面观点，对漩涡星云的光谱观测使得他相信，漩涡星云更像是恒星的集合。也就是说，如果从不同光的波段观测分析，漩涡星云发出的光更像是很多恒星发出的光的集合，而不是气体发出的光。
有意思的是，在离开华盛顿的时候，Curtis和Shapley都认为自己赢得了辩论的胜利。Curtis和他的追随者认为，辩论明晰的驳斥了大银河系的观点。而在Shapley的拥护者看来，Shapley提出的都是有说服力的正面观点，而Curtis只能给出不令人信服的反驳。这正证明了我们前面的观点。科学的进步，并不是由辩论来推动的。只有事实才能够使人信服。这个时候，Shapley和Curtis都没有意识到，最终作出划时代观测并最终在这段一个世纪以来辩论中获得胜利的人已经出现了，他就是Edwin Hubble.
2007年2月10日星期六
哈勃小传（看看什么叫彪悍的人生）
埃德温.哈勃（Edwin Powell Hubble)，出生在美国马什菲尔德。他的父亲是当地有名的律师。Edwin是家中的第三个孩子。 少年时期的哈勃是学校最优秀的学生。这并不是一句虚言。他不仅仅像中国当今中学里的优等生一样学习成绩名列前茅。并且在体育方面显示出过人的天赋和成绩。他是一个真正国家级的全能运动员。事实上，他在跳高，撑杆跳，链球以及铁饼等项目上的成绩都载入了中学的历史记录当中。直到大学，虽然他的体育成绩已经不像高中那样突出，也仍然是全国最优秀的大学篮球中锋之一。
然而少年的哈勃最希望从事的专业却是天文学。从他个人的传记中很了解到一个生活在律师家庭中又拥有国家体育健将水准的学生是如何如此醉心于天文学。也许他在高中时期的自然科学教师起了重要作用。但无论如何，哈勃从很早就把天文学作为自己人生的目标。然而和今天多数的家长一样，哈勃的父亲坚决反对哈勃从事这样没有“钱途”的事业。
哈勃并没有和父亲争执太多，事实上他解决问题的方法是读一个法律的学位来满足他父亲的同时决不放松自己对天文的追求。哈勃中学毕业后进入芝加哥大学，在这里以优异的成绩得到准学士学位。之后他获得了非常难以得到的罗兹奖学金去欧洲深造，并在牛津大学的女王学院拿到了他父亲所希望的法律学位。
这个时候，哈勃的父亲去世了，哈勃于是毫不犹豫地转回天文学领域。在莫尔顿的推荐下，他开始在叶凯士天文台攻读博士学位。在博士期间，哈勃主要致力于暗星云拍照工作。成绩卓著，但他的注意力开始由简单的观测星云转移到探究星云的本质上。在叶凯士天文台，哈勃顺利的以优异的评价的得到了他的博士学位。
得到博士学位后哈勃短暂的参军。并没有参加什么实际战斗的他居然得到了少校的军衔。之后，哈勃再一次回到了天文学界。这次他成为了威尔逊山天文台的一员。
这个时候，天文界最热点的问题在于星云的本质是什么。但哈勃这时候的名气致在暗星云拍照方面。这个领域的大名人是沙普利和柯提斯，他们为争论星云的本质和宇宙的大小已经进行了一场辩论。这次辩论并不是很激烈，甚至没有相互的诘问，只是两个单独的报告。但还是被史书夸张的记作“Great Debate".沙普利认为,宇宙的全部就是银河系,所谓星云不过是银河系内的一些气体物质.而柯提斯则持相反的观点.
哈勃敏锐的意识到,解决这个问题的关键是如何定出所谓" 旋涡星云" 的位置.1923年,哈勃在观测仙女座大星云的旋臂时意外的发现一个星的亮度在几天的时间里突然变亮. 哈勃意识到,这很可能是一颗处在仙女座大星云里面造父变星.而造父变星的亮度,距离却是可以通过它亮度变化的周期获得的.从这个办法,哈勃得到了仙女座大星云的距离.那决不可能是在银河系的范围内. 很快的,一系列变星在其他星云中被发现.星云最终被证实在银河系外,是同银河系一样的星系.具有讽刺意义的是,通过造父变星测距的方法确是持银河即宇宙观点的沙普利提出的.
哈勃一生中其他重大的贡献有:提出星系分类的哈勃分类法,提出宇宙学三大理论基石之一的哈勃定律.
哈勃在世的时候得到了除诺贝尔奖外的天文学家所能得到的一切荣誉.( 那个时候天文学发现很难得到诺贝尔奖) 今天哈勃在公众中也享有非常高的知名度,当然这很大程度上是因为哈勃太空望远镜的缘故.
星系的故事（历史）（试阅1）
回溯历史,不得不说人类对星系的认识旅途漫长而充满了曲折.在漫长的岁月里,天空被诸神所占据,满天的繁星虽然美丽,却远在人类理性所能到达的范围之外.人类对这一自己不能理解的领域展开了狂热的想象.他们为星辰起名,连接它们,构造星座.并留下了数不清动人的故事.这些在今天依然是一笔宝贵的财富,吸引着天文学的爱好者,帮助他们熟悉星空的分布.
在天空的诸多天体当中,银河以其独特的形态无疑在各民族的传说中占据了特殊的地位.在英文中，银河被称作‘Milky Way’,也就是‘奶路’的意思。这个名称出自在古希腊的神话。相传主神宙斯是个到处留情的花花公子，与凡间的女子生下了古希腊传说里大大有名的大力士大英雄赫拉克勒斯。宙斯为了让私人子获得神的力量和寿命，在妻子天后赫拉熟睡的时候悄悄的将幼子放进她怀里，让赫拉克勒斯得以喝到赫拉的乳汁。谁知襁褓中的英雄狠狠的咬了赫拉一下，赫拉突然惊醒，乳汁于是喷洒到天际间就形成了银河。在中国，古代银河也被看作是有流动性质的东西。在传说中，那是人们熟悉的牛郎织女的故事，天庭的女主人王母娘娘在女儿和凡人私奔的情况下大发雷霆，一怒之下用银簮划出银河，永远的隔绝了这对情侣。这个故事不知道是从何时流传下来的，但东汉著名的“古诗十九首”中便已经有“迢迢牵牛星，皎皎河汉女。”的诗句。今天在的城市里面生活的人已经很难看到银河是什么样子的,但如果有机会在夏夜驱车到郊外的旷野上,等待夜幕慢慢降临,看壮丽的银河慢慢显现在天幕上.你还是可以感受到它为什么能激起古人无穷的想象.
对星系理解的突破随着观测技术的突破而到来。伽利略，这个近代伟大的科学先驱为人们带来了观天的利器 ——望远镜。从各种角度来说，伽利略自己用手磨制的望远镜都无比的粗糙。但这个器件将人类的观测能力提高了几十倍。人们第一次知道，土星有光环的存在，木星有数颗围绕他旋转的卫星。美丽的月球实际上是布满了深坑。这些观测深刻的动摇了古典天文学的框架。为人类带来了一个新的宇宙。同样的，望远镜的发明也打破了人类对于银河的美好想象。伽利略宣称：银河不是一个连续的整体，而是由数不清的暗淡恒星组成。这些恒星是如此的密集，以至于人类仅仅凭借肉眼无法分辨它们是独立的存在。
聪明人很快从这个发现里得到启示，如果银河是无数恒星组成的集合，而在地球上，四季都可以看到银河在天空中，这说明，太阳和它的行星们也处在银河中。需要注意到，银河在天球上是一个环状的分布。这说明在银河里，恒星的分布不是各处均匀的，而是呈盘状分布。而太阳也是这盘中无数明珠中的一颗。（为什么？如果地球不再盘中，而是离银河很远的话，银河系看起来是什么样的？）这个发现提高了银河的地位，开创了一个新的时代。更多的问题随之而来。其中最重要无疑的是关于宇宙的诘问，宇宙究竟有多大？银河系是宇宙的全部么？不仅是天文学家，哲学家也被吸引到这个问题的激烈讨论中。伟大的哲学家康德，在其早期著作《天体论》中提出，银河系，仅仅是浩瀚宇宙中的一个小岛。那么宇宙的其他组分是什么呢？康德认为，在天空中看起来模糊而不可分辨的星云，同样是和银河系一样的恒星集合。这就是“岛宇宙”的观点。这个观点在现在看来无疑是天才的创见，把握住了宇宙最基本的特征。但这只是观点，天文学是一门严肃的科学，必须用事实来说话。在当时，观测设备的限制使得天文学家不能够对这样的观点给出明确的判断。
无论如何，人类的宇宙突然的变得广阔起来。在过去，人们的认识仅仅局限于太阳和他的行星们。在望远镜的帮助下，人们突然发现宇宙中有如许多的奇妙天体。特别是康德提到的“星云”的天体，引起了越来越多人的注意。所谓星云，是天空中一类云雾状的天体。更准确地说，它们在望远镜中呈雾状，而在夜空中占据的面积实际上是很小的。所以在望远镜发现前的时代里，人们只能看到几个这样的天体，比如仙女座的仙女大星云，猎户座在猎户佩剑上的猎户大星云。在望远镜发明后，人们发现这类天体在夜空中广泛存在。它们形状各异，有的呈椭圆形，有的呈不规则形状。有的星云在大口径的望远镜中可以看到实际上是很多恒星的集合，比如金牛座的七姐妹星团（这个其实用肉眼也可以看到它的成员恒星）。更多地星云即使在当时最大口径的望远镜看来也不能分辨多少细节。
这里，必须要提到当时最伟大的观测天文学家，威廉姆斯.赫歇尔.在赫歇尔之前，人们观测星空主要使用的是折射式望远镜。这类望远镜和伽利略和开普勒使用的望远镜是一样的类型，今天大多数人们心目中天文望远镜也是这一类的。这类望远镜通过一块透镜，将远处天际的星光聚集起来。它的优势在于成像锐利，但随着透镜尺度的增大，望远镜重量和磨制的难度都将大大增加。因此，折射式望远镜的镜面极限直径在
赫歇尔第一个主持建造适于天文学观测的反射望远镜的人。他同样是一位天才的观测者。在他的一生中，做出了不少值得科学史记载的大事。最著名的包括：1781年，赫歇尔发现了太阳系中的第七颗行星——天王星。1782年，赫歇尔编制成了第一个双星表。1783年，赫歇尔发现了太阳的自行。在星云的观测方面，赫歇尔也同样功勋卓著。在赫歇尔之前，人们知道的“星云”大概有100个左右，通过赫歇尔的努力，这个数字增长了25倍。赫歇尔做的另一件大事是他通过自己多年“恒星计数”工作的积累，用恒星描绘出了银河系得大概形状和边界。他的银河系形状和我们今天所知道的相差不多，好像一个中心微微突出的圆盘。但遗憾的是，他把太阳系放在了银河系得中央，这不幸是错误的。但考虑到他当时的观测条件，我们也不能苛求太多。
赫歇尔对星云的本质也有自己的看法。他一度认为星云是像银河系一样的遥远恒星系统。但1790年，赫歇尔观测到一颗明亮中心星周围的云雾状结构，他开始认为到星云物质是确实存在的，并且离银河系并不太远。今天我们知道，他的观测是正确的，但他所统计的星云却分为两类，银河系内的星云团，和遥远的星系。
在这个时候，星云究竟是什么，它们距离我们有多远已经成为了天文学界争论的大问题。越来越多的天文学家进入这个领域。人们开始认识到星云包含了很多不同的天体。其中一类被称作“旋涡星云”的天体最为引人注目。著名的M31，即亮度达到4等肉眼可见的仙女座大星云便属于这一类。但人们仍然无法分辨出“旋涡星云”究竟是什么。1912年前后，观测天文学家更发现，这类旋涡星云相对太阳运动的速度竟然达到