银河系并不是唯一的星系：100周年纪念

银河系并不是唯一的星系：100周年纪念

100年前，埃德温·哈勃向我们展示了银河系只是宇宙中众多星系中的一个。这一发现彻底改变了人类对宇宙的认知，奠定了现代天文学的基础。

在宇宙中，埃德温·哈勃——哈勃望远镜以他的名字命名——在100年前的这个月证明了这一点。哈勃测量了其他星系中恒星的距离，使用加州威尔逊山上的100英寸大望远镜。他指出，一些恒星的距离超过了我们银河系的大小。所以这些恒星一定位于银河系边界之外最终，哈勃发现我们的宇宙正在膨胀。他注意到，一个星系离我们越远，它远离我们的速度就越快。

银河系是一个由数万亿组成的星系

1924年11月23日，星期天，100年前的这个月，读者们在阅读《纽约时报》第六版时，会发现一篇有趣的文章，旁边是几则大型皮草广告。标题是：

文章中心的美国天文学家埃德温·鲍威尔·哈勃（Edwin Powell Hubble）博士可能被自己名字的拼写错误逗乐了。但这篇报道详细描述了一个突破性的发现：哈勃发现了两个螺旋状星云，它们是由气体和恒星组成的，以前被认为位于我们的银河系内部，现在却位于银河系之外。

一个由星系组成的宇宙

这些天体实际上是仙女座星系和梅西耶33星系，离我们银河系最近的大星系。今天，天文学家根据对数千万个星系的观测，估计宇宙中有多达数万亿个星系。

在哈勃发表声明的前四年，美国天文学家哈洛·沙普利和希伯·柯蒂斯在华盛顿特区进行了一场名为“大辩论”的活动。沙普利最近表明，银河系比以前测量的要大。Shapley认为它可以容纳螺旋状星云。另一方面，柯蒂斯主张银河系之外存在星系。

事后看来，柯蒂斯忽略了某些细节，赢得了辩论。然而，沙普利用来测量银河系距离的方法对哈勃的发现至关重要。他的方法继承了美国天文学家先驱亨丽埃塔·斯旺·莱维特的工作。

测量银河系外的恒星

1893年，年轻的莱维特被聘请为“计算机”，分析马萨诸塞州哈佛大学天文台望远镜观测到的图像。莱维特研究了其他天文台研究人员对另一个星系小麦哲伦星云进行的望远镜观测所得的照片。

莱维特一直在寻找亮度随时间变化的恒星。从一千多颗可变（变化）恒星中，她确定了其中25颗为造父变星，并于1912年发表了结果。

造父变星的亮度随着时间而变化，所以它们看起来像脉冲。莱维特发现了一个一致的关系：脉冲更慢的造父变星本质上比脉冲更快的造父变星更亮（更明亮）。这被称为周期-光度关系。

其他天文学家意识到了莱维特工作的重要性：他们可以利用这种关系计算出恒星之间的距离。当Shapley还是普林斯顿大学的一名学生时，他就利用周期-光度关系来估计到银河系中其他造父变星的距离。沙普利就是这样得出他对银河系大小的估计的。

恒星视差

但是，为了让天文学家确定银河系内的距离，他们需要一种更直接的方法来测量到造父变星的距离。恒星视差法是测量宇宙距离的另一种方法，但它只适用于附近的恒星。当地球绕太阳公转时，附近的一颗恒星相对于更远的背景恒星似乎在移动。这种视运动被称为恒星视差。通过视差的角度，天文学家可以计算出一颗恒星到地球的距离。

丹麦研究人员埃希纳·赫茨普龙（Ejnar Hertzsprung）利用恒星视差获得了附近几颗造父变星的距离，帮助校准了莱维特的工作。

《纽约时报》的文章强调了位于洛杉矶附近威尔逊山天文台（Mount Wilson Observatory）的“伟大”望远镜，哈勃就在那里工作。望远镜的尺寸一般是用主镜的直径来衡量的。威尔逊山的胡克望远镜有一个直径100英寸（2.5米）的反射镜来收集光线，是当时最大的望远镜。

大型望远镜不仅能更灵敏地分辨星系，还能拍出更清晰的图像。所以埃德温·哈勃在一个很好的地方发现了他的发现。当哈勃将他用100英寸望远镜拍摄的照片与其他天文学家在前几天晚上拍摄的照片进行比较时，他兴奋地看到一颗明亮的恒星似乎随着时间的推移而改变亮度，这是一颗造父变星。

距离恒星的距离超过银河系的大小

利用莱维特的计算，哈勃发现到造父变星的距离超过了沙普利星系的大小。在随后的几个月里，哈勃在寻找更多的造父变星来测量距离的过程中，研究了其他的螺旋星云。哈勃观测的消息在天文学家中传开了。在哈佛，沙普利收到了哈勃的一封信，信中详细描述了这一发现。他把它交给天文学家塞西莉亚·佩恩-加波施金，说：

多普勒频移和红移

除了估计到星系的距离，望远镜还可以测量星系靠近或远离地球的速度。为了做到这一点，天文学家测量了一个星系的光谱：来自它的不同波长的光。他们还计算了一种被称为多普勒频移的效应，并将其应用于该频谱。

光波和声波都发生多普勒频移。当紧急车辆靠近时，警报器的声音会变大，而当紧急车辆经过时，警报器的声音会变小。当一个星系远离地球运动时，被称为吸收线的光谱特征比它们不运动时具有更长的测量波长。这是由于多普勒频移，我们说这些星系发生了红移。

宇宙膨胀

从1904年开始，美国天文学家Vesto Slipher在亚利桑那州弗拉格斯塔夫的洛厄尔天文台用一台24英寸的望远镜使用了多普勒技术。他发现星云要么红移（远离），要么蓝移（向我们移动）。斯莱弗发现一些星云正以每秒一千公里的速度远离地球。

哈勃将斯利弗的测量结果与他对每个星系的距离估计结合起来，发现了一个关系：星系离我们越远，它远离我们的速度就越快。这可以用宇宙从一个共同的起源膨胀来解释，这将被嘲笑为大爆炸。

100年前的宣布巩固了哈勃在天文学史上的地位。他的名字后来被用于有史以来最强大的科学仪器之一：哈勃太空望远镜。令人难以置信的是，在短短五年的时间里，我们对宇宙的理解成为了焦点。

本文原文来自The Conversation