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天文学家怎样证实河外星系的存在?

河外星系
河外星系

1924年11月23日,美国天文学家哈勃在报纸撰文指出,仙女星云并非位于银河系,而是其他星系,并且宇宙中存在众多星系。这是人类第一次证实河外星系的存在。

成语“天外有天”,常用以描述人的认识或能力总是有限的,而认识事物的过程却是无限的。在天文学上,“天”可以理解为“宇宙”,天文学即研究宇宙和天体的自然科学学科。人类对宇宙的认识过程已有数千年的历史,其间有三个最重要的里程碑式事件:1543年波兰天文学家哥白尼提出日心说,1785年英国天文学家威廉?赫歇尔建立第一个银河系模型,以及1923年美国天文学家哈勃发现河外星系的存在。

在哥白尼时代,人们心目中的宇宙只限于太阳系,范围仅为几十天文单位,对太阳系外的恒星世界则不甚了解。赫歇尔把视野拓展到太阳系外,确认了由众多恒星构成的银河系的存在,尺度约10万光年。那么,银河系之外的宇宙又如何呢?

在赫歇尔尝试确定银河系结构之前,17世纪中叶,已有人注意到夜空中除了点状的恒星外,还可看到一些外形颇不规则的云雾状暗天体,并取名为星云。自然哲学家开始自问:“银河是否已构成了整个宇宙?”在当时显然没人能给以正确的回答。

对事物的认识总会有一个过程。1750年英国人赖特猜想,有些星云可能是银河系般的庞大恒星系统。1755年德国哲学家康德更明确提出,银河系外存在无数个与银河系类似的恒星系统(后人称之为河外星系或星系),并明确指出,早先发现的仙女星云就是这样的河外星系。赖特和康德的观念也许可称之为天才的猜想,但并无科学证据。那时,天文学家对星云的本质缺乏了解,更不知道它们在银河系之内,还是位于银河系之外。

银河系及其近邻星系

赫歇尔试图通过实测来寻找答案。这位科学大师认为,如果经望远镜的放大后,星云能分解成一颗颗恒星,那么所观测的星云就是星系,否则,星云便是银河系内的云团。然而,观测结果表明,一些星云确实能被分解为恒星,但也有不少星云在望远镜视场内仍是模糊一团,这使赫歇尔深感迷惑不解。赫歇尔这样的大科学家,拥有当时世界上最大的望远镜,尚无法判断,同时代的其他人,就更无所适从了。

实际上,赫歇尔的思路并非完全正确,因为那时的所谓“星云”包含了三类性质迥异的天体:银河系内的气体尘埃星云、银河系内的星团,以及河外星系。赫歇尔的望远镜能分辨为恒星的“星云”,只是星团。而银河系内的气体尘埃星云,或者是河外星系,都是当时的望远镜无法分辨的。

此后的100多年内,关于“星云”的本质仍无明确的定论。1920年4月,美国科学院为此举办了一次题为“宇宙的尺度”的专题辩论会。会上,持对立观点的两位著名天文学家柯蒂斯和沙普利各抒己见,相持不下,最终也未能得出明确的结论性意见。问题的关键在于如何测定“星云”的距离:若观测的“星云”同我们的距离远大于银河系的尺度,且又可分解为恒星,河外星系的存在便可得以肯定,否则“星云”便是银河系内的天体。

天文学是一门观测科学,天文学的发展史也就是它的主要观测设备——望远镜的发展史。望远镜口径越大,越能看到更暗的天体,分辨率也越高。为此,人们不断追求建造更大的望远镜。随着大口径望远镜的面世,最终证实河外星系存在的时机历史性地落在了哈勃的身上。

1917年,美国建成当时世界上最大的2.54米口径反射望远镜。1923年10月5日,哈勃用这架望远镜观测了仙女星云。在高分辨率照片上,仙女星云的外缘被分解成一颗颗恒星。哈勃在其中辨认出了一些造父变星。这些造父变星离我们的距离是可以测定的。经过仔细的核对和计算,哈勃据此推知仙女星云与我们相距约为100万光年(现代结果为240万光年)。尽管当时对银河系的尺度还未取得一致的认识,但据各种估算它的大小不会超过30万光年。因此,仙女星云远在银河系之外,无疑是一个河外星系,故应更名为“仙女星系”。这一年,哈勃才34岁。

哈勃的成就并非一朝一夕之功,他早年就对“星云”表现出极大兴趣,做了许多细致的工作。他大胆地把“星云”分为“银河星云”和“非银河星云”两类,但对自己观点的表述颇为谨慎,还提醒别人不要轻易把“非银河星云”理解为它们就处于银河系之外。直到测出仙女星系的距离后,哈勃才确认了河外星系的存在。

今天,人们已确知宇宙中存在着上千亿个星系,它们是宇宙物质结构形态的基本单元。对星系的研究已成为天文学的一个重要分支——星系天文学

3 条评论

  • 其实天体和星云都是力和能量的复制。了解更多的物质原理可以想象更多的复制世界。能量的方向永远是走向极端的世界,~~~~

    • 能量与粒子极端世界关系的结果就是可以发生宇宙大爆炸。宇宙大爆炸后可以分解成的更小物质,以后这些物质可以会继续分解吗?我以为,这些物质的体征(或者说是对能量的反应属性)是它们不会和以前一样继续吸收能量了,而是表现为粒子之间发生更大的排斥现象。这个世界的小粒子被宇宙大爆炸炸成相对以前更小的物质.按照能量和力的特性对粒子自身体积和形状的继续分解,(也就是力分解时候粒子对粒子的相互作用来分析),我以为粒子在宇宙大爆炸几次后即可表现为排斥》(大于)吸收的特性。而粒子和粒子之间排斥的相互作用点(从微观图形分析)与(宇宙大爆炸分解前)相互吸收能量的作用点不一样,可以表现为粒子群自转反方向物质,也许这些现象就是科学界提出的“反物质”现象。因此,这个世界在经过宇宙大爆炸几次后可以产生反物质。

    • 能量与粒子极端世界关系的结果就是可以发生宇宙大爆炸。宇宙大爆炸后可以分解成的更小物质,以后这些物质可以会继续分解吗?我以为,这些物质的体征(或者说是对能量的反应属性)是它们不会和以前一样继续吸收能量了,而是表现为粒子之间发生更大的排斥现象。这个世界的小粒子被宇宙大爆炸炸成相对以前更小的物质.按照能量和力的特性对粒子自身体积和形状的继续分解,(也就是力分解时候粒子对粒子的相互作用来分析),我以为粒子在宇宙大爆炸几次后即可表现为排斥》(大于)吸收的特性。而粒子和粒子之间排斥的相互作用点(从微观图形分析)与(宇宙大爆炸分解前)相互吸收能量的作用点不一样,可以表现为粒子群成为反方向自转的物质,也许这些现象就是科学界提出的“反物质”现象。因此,这个世界在经过宇宙大爆炸几次后可以产生反物质。

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