The Great Debate

1920年4月26日，在华盛顿美国国家科学院进行了一场被天学史称作"the Great Debate"的辩论。辩论围绕银河系的地位和宇宙的大小展开。辩论双方是来自威尔逊山天文台的Harlow Shapley和来自利克天文台的Heber Curtis。将这次辩论称作“Great”其实并不是那么恰当。媒体记者总喜欢把科学发现写成某个科学家的英雄事迹。在他们看来，科学的进步好像是在打鸡蛋，等待特定的人轻轻一磕，包藏在鸡蛋中的秘密就呈现了出来。但大多数情况下，科学发现更像是在打磨璞玉，需要很长时间不断的琢磨，才能够使玉本身的美丽呈现出来。这场辩论中双方提出的观点和证据并不是在一个夜晚突然出现的，而是一个科学家的群体在过去一个世纪中的认识。但无论如何，我们可以把这个辩论作为一个关于宇宙大小争论的简要总结。

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.