不過，這事哪有這么容易呢？赫歇爾必須收集到足夠多的恒星自行資料。盡管赫歇爾擁有當(dāng)時(shí)世界上最好的天文望遠(yuǎn)鏡，可是它的觀測(cè)精度與恒星的自行相比，又是小得可憐。因此，必須得把過去一代又一代天文學(xué)家編制的星表拿出來仔細(xì)地分析，逐一研究恒星的自行運(yùn)動(dòng)。到了1783年，赫歇爾正式向天文學(xué)界宣布：太陽正朝著武仙座方向運(yùn)動(dòng)。

不過，一直要到半個(gè)世紀(jì)后，阿哥朗德爾一下子拿出了390顆恒星的自行數(shù)據(jù)，明白無疑地證實(shí)了赫歇爾的結(jié)論，太陽的“本動(dòng)”才得到了舉世公認(rèn)。這也是太陽中心說瓦解的導(dǎo)火索之一。

赫歇爾的另一個(gè)重大發(fā)現(xiàn)是“星云”。赫歇爾當(dāng)年第一次在望遠(yuǎn)鏡中看到它們時(shí)，他是真的以為這些是宇宙中的云——發(fā)光氣體。可惜的是，限于赫歇爾的望遠(yuǎn)鏡口徑，他無法對(duì)星云的形狀、結(jié)構(gòu)做出進(jìn)一步的深入發(fā)現(xiàn)。這個(gè)世界熱切地期待著更大的望遠(yuǎn)鏡，但更大的望遠(yuǎn)鏡就意味著更巨大的金錢投入。

老赫歇爾去世的那一年，也就是1822年，在美麗的愛爾蘭帕森城（今比爾城堡莊園），有一位22歲的伯爵公子威廉·帕森斯（William Parsons, 1800年 – 1867年）迷上了天文學(xué)。這位公子哥狂熱地愛上了望遠(yuǎn)鏡，等到他老爸過世后，他成為第三代羅斯伯爵時(shí)，他對(duì)望遠(yuǎn)鏡的熱愛有增無減。到他45歲那年，他建成了當(dāng)時(shí)世界上最大的望遠(yuǎn)鏡，1.8米口徑的超級(jí)大炮。

圖 位于愛爾蘭的羅斯伯爵的大炮望遠(yuǎn)鏡原址

在此后的整整72年中，無人能超越這個(gè)記錄。有了這件神器，羅斯伯爵能看到當(dāng)時(shí)世界上無人能看到的宇宙景觀。只可惜這位伯爵老爺似乎制造望遠(yuǎn)鏡的能力要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于天文觀測(cè)的能力，他能被后世記住的成就僅僅是繪制了一副星云的素描像，這就是獵犬座旋渦星系M51。

圖 羅斯伯爵手繪的M51星云

這唯一的成就意義重大，它使人類首次看清了星云的具體結(jié)構(gòu)，這個(gè)結(jié)構(gòu)如此復(fù)雜、精細(xì)，以至于讓天文學(xué)家們開始懷疑它們根本不是宇宙中的氣體云，而是某種天體或者天體的組合。正是羅斯伯爵的驚世杰作激發(fā)了許多天文學(xué)家對(duì)星云的探索興趣。而星云，則成為了幾十年后人類拓展宇宙觀的關(guān)鍵之關(guān)鍵。

圖 哈勃太空望遠(yuǎn)鏡拍攝的獵犬座旋渦星系M51 圖片來源：NASA官網(wǎng)

今天的人類已經(jīng)知道了銀河系是一個(gè)巨大的旋渦星系，從正面看，它是這樣的：

圖 銀河系正面模擬圖  圖片來源：NASA官網(wǎng)

但是，人類得到這樣的一副銀河系的正確圖像并不是一帆風(fēng)順的，中間走過彎路，也引起過大爭(zhēng)論。

1906年，全世界各地的天文學(xué)家都收到一封來自荷蘭天文學(xué)家卡普坦的倡議信，這封信的大致內(nèi)容是建議全世界的天文學(xué)家聯(lián)合起來，用赫歇爾的分天區(qū)的辦法再“數(shù)”一次星星，詳細(xì)記錄他從天空中隨機(jī)選出的206個(gè)天區(qū)中的所有恒星的亮度、視差、位置、視向速度等等參數(shù)。終于到了1922年，卡普坦向天文界宣布：他用統(tǒng)計(jì)分析的方法畫出了銀河系的形狀。銀河系是一個(gè)直徑55,000萬光年，厚11,000光年的透鏡形狀，太陽位于中心附近，距太陽越遠(yuǎn)，恒星數(shù)目越少。但由于未考慮到星際消光的影響，他得到的銀河系大小僅為現(xiàn)在所知的一半左右，但是比英國(guó)著名天文學(xué)家威廉·赫歇爾給出的結(jié)果還是要大了9倍。

這就是歷史上赫赫有名的“卡普坦”宇宙。不過，從卡普坦的研究方法上，我們就能看出一些缺陷，他用的是全世界各地的天文學(xué)家的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性到底有多高？精度是否一致？這些根本性的問題，必然導(dǎo)致卡普坦的結(jié)論不夠牢靠。

就在卡普坦醉心于統(tǒng)計(jì)匯總數(shù)據(jù)，勾勒銀河系形狀的那些年，在美國(guó)加州距洛杉磯32公里的威爾遜山上，一個(gè)巨大的工程項(xiàng)目正在悄悄地進(jìn)行。1917年，口徑達(dá)到2.5米的胡克望遠(yuǎn)鏡在威爾遜山天文臺(tái)安裝完成，終于把占據(jù)世界第一寶座72年的羅斯伯爵的望遠(yuǎn)鏡比了下去。這座天文臺(tái)在今后的50多年中，將迎來一位又一位天文學(xué)巨星，做出一個(gè)又一個(gè)世人矚目的偉大成就。沙普利正是這個(gè)傳奇天文臺(tái)迎來的第一批天文學(xué)家之一。他此時(shí)感興趣的方向是球狀星團(tuán)——星空中的另一種有趣而神秘的天體。在夜空中有一些“恒星”在肉眼和小型天文望遠(yuǎn)鏡中沒有任何異狀，可是在大型望遠(yuǎn)鏡中，它們的真面目會(huì)讓觀測(cè)者大吃一驚，這些看上去像單個(gè)的恒星其實(shí)是由幾萬甚至幾十萬顆恒星聚集在一起組成的。

圖 位于天蝎座的M80球狀星團(tuán)，擁有數(shù)十萬顆恒星  圖片來源：NASA官網(wǎng)

沙普利在對(duì)93個(gè)球狀星團(tuán)認(rèn)真地觀測(cè)統(tǒng)計(jì)后，發(fā)現(xiàn)一個(gè)有趣的現(xiàn)象，這93個(gè)球狀星團(tuán)的分布很不均勻，并不沿銀河聚集，有些離銀河很遠(yuǎn)，最有意思的是它們中的三分之一集中在只占天空2%面積的人馬座內(nèi)。沙普利從這個(gè)現(xiàn)象中得出的思考是：如果說太陽在銀河中心（以下簡(jiǎn)稱“銀心”）的話，那么球狀星團(tuán)相對(duì)于銀心的分布就是不對(duì)稱的。這個(gè)結(jié)論怎么看都覺得不太對(duì)勁。這就是說，如果要讓球狀星團(tuán)相對(duì)于銀心是對(duì)稱分布的，那只能讓太陽不位于銀河的中心了。于是，他畫了一個(gè)銀河草圖：

在這幅圖中，太陽的位置是在偏離銀心的邊緣位置上后世的天文學(xué)家認(rèn)為，沙普利的這張草圖是繼哥白尼之后第二次人類中心說革命，在人類的思想史上有著重要的意義。沙普利本人估計(jì)沒料到后人的評(píng)價(jià)會(huì)那么高，他看著圖，心中只在想一個(gè)問題：這些球狀星團(tuán)離我們有多遠(yuǎn)呢？

在這里，我又不得不岔開一下話題，談一下天文測(cè)距的相關(guān)知識(shí)。測(cè)量宇宙中任何一個(gè)天體與地球的距離，最直接的方法是三角測(cè)量法，也就是本書前文中一再提及的視差測(cè)定。但這個(gè)方法，只能測(cè)定不超過400光年的距離，再遠(yuǎn)就不行了，因?yàn)橐暡顚?shí)在是太小了。為了測(cè)定更遠(yuǎn)的距離，天文學(xué)家們發(fā)展出了許多其它的方法。其中，準(zhǔn)確度相對(duì)很高的一個(gè)方法是“造父變星”測(cè)距法。說到這里，請(qǐng)讓我花點(diǎn)筆墨紀(jì)念一下身殘志堅(jiān)的英國(guó)青年古德里克，這個(gè)可憐但值得尊敬的孩子只活了22年，他是個(gè)聾啞人，但上帝為他打開了一扇窗，古德里克擁有一雙超強(qiáng)的眼睛，年僅18歲的他僅憑一雙肉眼，不借助任何望遠(yuǎn)鏡和其他儀器，就測(cè)定了被稱為魔星的英仙座β星的亮度變化周期為2天20小時(shí)49分 8 秒，不但準(zhǔn)確得讓人咂舌，還提出它是由一亮一暗兩顆恒星組成的雙星系統(tǒng)。在他22歲英年早逝前，他又發(fā)現(xiàn)了另外兩顆著名的變星，仙王座δ（中文名造父一）和天琴座β（浙臺(tái)二），其中以仙王座δ星為代表的本身光度就在變化的星星我們稱之為“造父變星”。到了1908年，美國(guó)女天文學(xué)家李維特（Lieavitt）通過對(duì)造父變星的研究發(fā)現(xiàn)，造父變星的亮度和變星周期之間存在著數(shù)學(xué)關(guān)系，只要測(cè)定出了一顆造父變星的光變周期P，就能通過經(jīng)驗(yàn)公式求出這顆星的絕對(duì)亮度值，然后再根據(jù)視亮度與距離的平方成反比的規(guī)律，測(cè)定出視星等，就能算出距離了。

因而，造父變星從此就成了天文測(cè)距的“量天尺”，有了它，沙普利就能測(cè)定出球狀星團(tuán)的距離。果然，沙普利在好多球狀星團(tuán)中發(fā)現(xiàn)了造父變星。他在測(cè)定了眾多球狀星團(tuán)的距離后，提出銀河系的直徑是30萬光年，厚3萬光年，銀心是在人馬座方向，距離太陽5萬光年。而我們今天知道銀河系的直徑是10到12萬光年，也可能是15到18萬光年，核球的厚度是1.5萬光年，邊緣厚3000 – 6000 光年，太陽到銀心的距離是2.7萬光年。沙普利的銀河系總體結(jié)構(gòu)是對(duì)的，但是各項(xiàng)數(shù)值差得比較大，后來人們發(fā)現(xiàn)他錯(cuò)誤的原因在于搞錯(cuò)了造父變星的類型，并且他當(dāng)時(shí)并不知道星際消光物質(zhì)的存在，低估了視星等，使得他測(cè)得的距離都被大大地高估了。這個(gè)錯(cuò)誤，使得當(dāng)時(shí)的主流天文學(xué)界在很長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi)更垂青于卡普坦的模型。當(dāng)時(shí)的天文學(xué)界思考最多的一個(gè)問題是：宇宙到底有多大？銀河系是不是整個(gè)宇宙？正所謂江山代有才人出，長(zhǎng)江后浪推前浪，又一個(gè)巨星即將登場(chǎng)，他將回答這兩個(gè)有關(guān)宇宙的基本問題。

關(guān)注科學(xué)有故事