從今天開始，我要開播一個(gè)新系列節(jié)目——《觀天神器》——我去年播講《夢(mèng)向另外的世界》的姊妹篇?！秹?mèng)向另外的世界》講的都是宇宙探測(cè)器，而這次我要帶你回到地球，給你講述那些地面天文臺(tái)的故事?？梢哉f(shuō)，每一個(gè)地面天文臺(tái)都是一個(gè)觀天神器。正是在這些神器的輔助下，人類一點(diǎn)一點(diǎn)揭開了宇宙神秘的面紗，讓我們看到了無(wú)數(shù)令人驚嘆的景象。在這些觀天神器的凝望中，人類舊有的宇宙觀被不斷地刷新。一座座天文臺(tái)，就像是一座座人類文明紀(jì)念碑，記錄著位于銀河系郊外一角的藍(lán)色星球上，一群身高不足 2 米的兩足動(dòng)物探索浩瀚宇宙的故事。1930 年 12 月的一天，德國(guó)柏林，時(shí)值隆冬，北風(fēng)呼嘯。著名物理學(xué)家愛(ài)因斯坦新婚燕爾，但他無(wú)暇和妻子享受蜜月的甜蜜，他要馬上去美國(guó)加利福尼亞州。愛(ài)因斯坦去加州可不是為了度蜜月，在他看來(lái)，有一件事的優(yōu)先級(jí)比度蜜月要高得多。在民航還沒(méi)有普及的年代，從德國(guó)前往地球?qū)γ娴拿绹?guó)，可不是趟輕松的旅程。為了到達(dá)位于美國(guó)西海岸的加州，愛(ài)因斯坦先從德國(guó)坐火車到比利時(shí)，然后在安特衛(wèi)普港坐船，一路向西渡過(guò)大西洋到達(dá)美國(guó)紐約。短暫停留之后，愛(ài)因斯坦從美國(guó)紐約又乘船南下，沿著東海岸到巴拿馬運(yùn)河，再穿過(guò)運(yùn)河，到達(dá)太平洋，繼續(xù)沿太平洋北上，歷時(shí)一個(gè)月，這才終于抵達(dá)了加州的洛杉磯。這是愛(ài)因斯坦第二次來(lái)美國(guó)，也是他第一次踏足美國(guó)西海岸。他千里迢迢來(lái)到加州，是受加州理工學(xué)院邀請(qǐng)進(jìn)行學(xué)術(shù)訪問(wèn)。但對(duì)愛(ài)因斯坦來(lái)說(shuō)，還有一個(gè)很重要的私人目的，就是去參觀一個(gè)地方，然后拜會(huì)一個(gè)人。這個(gè)地方就是位于加州的威爾遜山天文臺(tái)，而他要拜訪的人，則是美國(guó)傳奇天文學(xué)埃德溫·鮑威爾·哈勃（Edwin Powell Hubble, 1889－1953）。
哈勃在威爾遜山天文臺(tái)做出的發(fā)現(xiàn)，不僅刷新了愛(ài)因斯坦的認(rèn)知，也刷新了人類對(duì)宇宙的認(rèn)知。威爾遜山天文臺(tái)也因?yàn)檫@項(xiàng)發(fā)現(xiàn)在整個(gè)人類天文學(xué)史上寫下了濃墨重彩的一筆。
1904 年，被喻為太陽(yáng)觀測(cè)之父的美國(guó)天文學(xué)家喬治·埃勒里·海耳（George Ellery Hale, 1868-1938）來(lái)到了位于加州洛杉磯東北部的威爾遜山。他一眼就相中了這個(gè)寶地。為什么呢？因?yàn)橥栠d山所在的區(qū)域上空有一種比較罕見的大氣現(xiàn)象，被稱為“逆溫層”。通常情況下，氣溫會(huì)隨著海拔的升高而降低，但由于一些復(fù)雜的成因，有些地方則剛好反過(guò)來(lái)，這就是逆溫層。逆溫層帶來(lái)的一個(gè)最大好處就是大氣非常的穩(wěn)定，威爾遜山是整個(gè)北美地區(qū)大氣最穩(wěn)定的區(qū)域之一，特別有利于天文觀測(cè)。海耳發(fā)現(xiàn)這塊寶地后，馬上把一個(gè)當(dāng)時(shí)世界先進(jìn)的天文望遠(yuǎn)鏡，從葉凱士天文臺(tái)搬了過(guò)來(lái)。就這樣，威爾遜山天文臺(tái)正式成立了。天文臺(tái)成立后，海耳率領(lǐng)科研團(tuán)隊(duì)投入了對(duì)太陽(yáng)的觀測(cè)研究中。就是在這里，他證明了太陽(yáng)黑子是太陽(yáng)強(qiáng)磁場(chǎng)的中心。這也是人類首次探測(cè)到地球以外的天體磁場(chǎng)。但是很快，海耳就嫌望遠(yuǎn)鏡的口徑太小，對(duì)于天文學(xué)家來(lái)說(shuō)，對(duì)望遠(yuǎn)鏡口徑的追求是無(wú)止境的，多大都嫌不夠。但海耳除了做科研是一把好手外，還有另外一項(xiàng)天賦，他拉贊助也同樣是一把好手。他很快就說(shuō)服了當(dāng)?shù)馗簧虨樘煳呐_(tái)捐錢。1908 年，威爾遜山天文臺(tái)建成了當(dāng)時(shí)世界上最大的天文望遠(yuǎn)鏡。有了這個(gè)世界上最先進(jìn)的望遠(yuǎn)鏡，威爾遜山天文臺(tái)一下子成了香餑餑。世界各地的研究者慕名而來(lái)。這其中，就包括傳奇天文學(xué)家哈勃。哈勃早年在葉凱士天文臺(tái)做研究，自從海耳把望遠(yuǎn)鏡搬到了威爾遜山，又建成了新的大望遠(yuǎn)鏡，他就成了威爾遜山的?？汀９且粋€(gè)精力無(wú)限的年輕人，不但在芝加哥大學(xué)雙修天文學(xué)和數(shù)學(xué)，還熱愛(ài)拳擊。研究生畢業(yè)時(shí)，他可以選擇天文學(xué)或者數(shù)學(xué)，也可以選擇成為一名職業(yè)拳擊手。萬(wàn)幸的是（這是站在我這個(gè)天文愛(ài)好者的角度來(lái)說(shuō)），哈勃投身到了天文學(xué)領(lǐng)域。顛覆當(dāng)時(shí)認(rèn)知的一張照片在哈勃開始投身天文學(xué)的時(shí)代，學(xué)界的主流觀點(diǎn)認(rèn)為：銀河系就是整個(gè)宇宙，宇宙的大小就是銀河系的直徑，所有的天體要么靠近銀河系中心，要么跟我們的太陽(yáng)系一樣，處在銀河系的某條旋臂上。不過(guò)，也存在一些不同的聲音。其實(shí)早在十七世紀(jì)，天文學(xué)家們就發(fā)現(xiàn)了夜空中有一種螺旋形狀的星云。今天我們每個(gè)天文愛(ài)好者都知道這些星云其實(shí)就是一個(gè)星系，但早期的天文學(xué)家不可能輕易想得到這些在望遠(yuǎn)鏡中像一片雪花般的星云是一個(gè)星系。等到天文學(xué)家們發(fā)現(xiàn)銀河系的形狀是螺旋形之后，才開始有一些人懷疑那些螺旋狀的星云會(huì)不會(huì)也是一個(gè)跟銀河系一樣的星系呢？假如這種觀點(diǎn)是對(duì)的，那就是說(shuō)，我們的宇宙并不是只有銀河系，在銀河系之外還有星系，這就等于顛覆了人類的宇宙觀，是了不得的大事。但問(wèn)題是，非同尋常的主張需要非同尋常的證據(jù)，光有大膽的猜想是不夠的，科學(xué)結(jié)論需要的是證據(jù)。歷史把解決這個(gè)問(wèn)題的重任交到了哈勃手里。到底該如何找到證據(jù)呢？這個(gè)問(wèn)題困擾著哈勃。哈勃采用的方法是光譜分析。夜空中的每一個(gè)亮點(diǎn)，經(jīng)過(guò)光柵設(shè)備的分光后，就會(huì)呈現(xiàn)出一條彩色的光譜。哈勃盡可能地收集來(lái)自各個(gè)星云的光譜，做詳細(xì)的分析。他發(fā)現(xiàn)仙女座星云的光譜與太陽(yáng)的光譜非常相似，具有恒星的性質(zhì)。實(shí)際上，早在 1864 年，英國(guó)天文學(xué)家威廉·哈金斯（Sir William Huggins，1824-1910）也做出過(guò)同樣的發(fā)現(xiàn)，只是當(dāng)時(shí)的設(shè)備還比較簡(jiǎn)陋，數(shù)據(jù)不夠扎實(shí)。這一次，海耳驗(yàn)證了哈勃的數(shù)據(jù)，他們確信仙女座星云是由無(wú)數(shù)顆發(fā)光的恒星構(gòu)成的。哈勃還利用威爾遜山天文臺(tái)的超級(jí)望遠(yuǎn)鏡，拍下了仙女座星云的照片。當(dāng)時(shí)世界上最大口徑的望遠(yuǎn)鏡落成但問(wèn)題并未就此解決，證明仙女座星云是由恒星構(gòu)成，并不能證明它就是銀河系之外的另一個(gè)星系。因?yàn)殂y河系中本來(lái)就包含大量的星團(tuán)，發(fā)現(xiàn)星團(tuán)并不算是特別重大的發(fā)現(xiàn)。對(duì)于哈勃來(lái)說(shuō)，弄清楚仙女座星云的距離才是關(guān)鍵。但對(duì)于當(dāng)時(shí)的條件來(lái)說(shuō)，想要確定夜空中一個(gè)暗弱的光點(diǎn)到底離地球有多遠(yuǎn)，是一件幾乎束手無(wú)策的難題。唯一有望解決這個(gè)難題的路徑只有一個(gè)，那就是，建造更大口徑的望遠(yuǎn)鏡，越大越好。于是，海耳又出馬了，他拉贊助的天賦再一次展現(xiàn)。他設(shè)法把著名的慈善家、鋼鐵大王、當(dāng)時(shí)世界第二富翁安德魯·卡耐基（Andrew Carnegie, 1835-1919）給邀請(qǐng)到了威爾遜山天文臺(tái)，然后給他好一頓科普。終于把卡耐基給說(shuō)激動(dòng)了，爽快地答應(yīng)捐出 1000 萬(wàn)美元，這在當(dāng)時(shí)絕對(duì)是一筆天文數(shù)字的巨款。科普對(duì)科研有時(shí)候就是會(huì)起到關(guān)鍵性的作用，這也是為什么美國(guó)的所有科研機(jī)構(gòu)都特別重視科普的原因，因?yàn)橥ㄟ^(guò)科普能募集到錢啊。就這樣，有了錢，很多事情就好辦了。到了 1917 年 11 月 1 日，一臺(tái)全世界最大口徑的望遠(yuǎn)鏡落成了。英國(guó)詩(shī)人阿爾弗雷德·諾耶斯（Alfred Noyes,1880 -1958）為了紀(jì)念這個(gè)時(shí)刻，后來(lái)在他的史詩(shī)《天空的守望者》中寫道：現(xiàn)在準(zhǔn)備再次進(jìn)擊黑暗，“… The explorers of the sky, the pioneers of science, now made ready to attack that darkness once again, and win new worlds.“
這臺(tái)望遠(yuǎn)鏡就是后來(lái)名震天下的胡克望遠(yuǎn)鏡。
有了它，哈勃如虎添翼，終于找到了破解仙女座星云距離的辦法。在夜空中，有一種恒星被稱為“造父變星”，它是一種亮度會(huì)發(fā)生周期性變化的變光恒星，造父變星的絕對(duì)亮度與變光周期之間存在著固定關(guān)系，這就意味著這種恒星可以成為宇宙中的“標(biāo)準(zhǔn)燭光”。光的亮度與距離的平方呈反比關(guān)系，如果光源的絕對(duì)亮度是已知的，那么測(cè)量出視亮度就等于測(cè)量出了距離。哈勃用超級(jí)胡克望遠(yuǎn)鏡拍攝了大量的仙女座星云照片，他從中發(fā)現(xiàn)了 34 顆造父變星。然后他用了兩年多的時(shí)間耐心地繪制這些造父變星的光變周期曲線，計(jì)算出了這些造父變星的絕對(duì)亮度。再根據(jù)他們?cè)谕h(yuǎn)鏡中的視亮度，就可以計(jì)算出這些造父變星的距離了。他的計(jì)算表明，仙女座星云離我們的距離約 93 萬(wàn)光年（現(xiàn)在我們知道他還是大大低估了距離），遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了銀河系的直徑。仙女座星云顯然不是我們銀河系的成員。1925 年，哈勃把這個(gè)結(jié)果公布在了美國(guó)天文學(xué)界的一個(gè)會(huì)議上，引起了轟動(dòng)。哈勃的數(shù)據(jù)極為扎實(shí)，證據(jù)充分，很快就得到了公認(rèn)。他幾乎以一己之力拓展了人類對(duì)宇宙的認(rèn)知。此時(shí)的哈勃和威爾遜山天文臺(tái)，名聲大噪，儼然就是天文學(xué)研究的引領(lǐng)者。而哈勃也沒(méi)有停下研究腳步，他將胡克望遠(yuǎn)鏡持續(xù)對(duì)準(zhǔn)那些遙遠(yuǎn)的星系，一個(gè)更加驚人的宇宙奧秘即將被他發(fā)現(xiàn)。哈勃經(jīng)過(guò)持續(xù)的跟蹤觀測(cè)、計(jì)算，發(fā)現(xiàn)，幾乎所有的星系（仙女座星系除外）都在遠(yuǎn)離我們而去，這種現(xiàn)象被叫做星系退行。哈勃在計(jì)算匯總了所有星系退行的速度后得出結(jié)論：一個(gè)星系退行的速度與距離的比值，是一個(gè)常數(shù)。也就是說(shuō)，星系都在遠(yuǎn)離我們，并且離我們?cè)竭h(yuǎn)，退行得越快。這就是大名鼎鼎的哈勃定律。除了用宇宙正在膨脹來(lái)解釋這個(gè)現(xiàn)象，實(shí)在找不出第二個(gè)更合理的解釋了。哈勃的這個(gè)結(jié)論一經(jīng)發(fā)布，就如同捅了馬蜂窩，整個(gè)天文學(xué)界都炸開了。今天我們都知道，宇宙膨脹理論已經(jīng)得到科學(xué)界的公認(rèn)。然而在當(dāng)時(shí)，宇宙膨脹那絕對(duì)是令人震驚的觀點(diǎn)。遠(yuǎn)在地球另一端的愛(ài)因斯坦，在聽到這個(gè)消息后也是無(wú)比震驚，他屁股坐不住了，一定要前往美國(guó)拜會(huì)一下哈勃。愛(ài)因斯坦的震驚是有理由的。早在1916年，愛(ài)因斯坦提出廣義相對(duì)論的時(shí)候，他就發(fā)現(xiàn)，廣義相對(duì)論方程導(dǎo)出了一個(gè)推論，表明宇宙是動(dòng)態(tài)的，要么膨脹，要么收縮，但問(wèn)題是這個(gè)推論違反了愛(ài)因斯坦的直覺(jué)。直覺(jué)和樸素宇宙觀令愛(ài)因斯坦堅(jiān)信，宇宙應(yīng)該是穩(wěn)恒態(tài)，不可能忽大忽小，一定是自己的方程少了點(diǎn)什么。于是，糾結(jié)再三，他給廣義相對(duì)論方程加了一個(gè)常數(shù)，這個(gè)常數(shù)就被稱為“宇宙學(xué)常數(shù)”，以維持宇宙的穩(wěn)恒態(tài)。現(xiàn)在，哈勃居然發(fā)現(xiàn)，宇宙真的不是穩(wěn)恒態(tài)的，宇宙正在膨脹，這就讓愛(ài)因斯坦感到無(wú)比震驚，他一定要親自去拜會(huì)一下哈勃，求證一番。1931 年 1 月 29 日清晨，加州溫暖的海風(fēng)吹走了冬日的寒冷，哈勃和妻子如約駕車接愛(ài)因斯坦參觀威爾遜山天文臺(tái)。在路上，愛(ài)因斯坦發(fā)自內(nèi)心地對(duì)哈勃妻子說(shuō)：“您丈夫的工作極其出色?！痹谔煳呐_(tái)，愛(ài)因斯坦像孩子一樣對(duì)龐大的望遠(yuǎn)鏡愛(ài)不釋手、流連忘返。 當(dāng)工作人員向愛(ài)因斯坦介紹望遠(yuǎn)鏡時(shí)，愛(ài)因斯坦看著哈勃，微笑著對(duì)所有人說(shuō)：“哈勃用這望遠(yuǎn)鏡證實(shí)了我的預(yù)言?！?/section>被愛(ài)因斯坦接受并認(rèn)可，讓威爾遜山天文臺(tái)和哈勃聲名鵲起。哈勃獲得了除諾貝爾獎(jiǎng)以外的幾乎所有科學(xué)界大獎(jiǎng)。因?yàn)樵诠莻€(gè)年代，諾獎(jiǎng)還沒(méi)有頒發(fā)給天文學(xué)領(lǐng)域的先例，當(dāng)時(shí)的科學(xué)界還沒(méi)有把物理學(xué)和天文學(xué)看成是同一個(gè)科研領(lǐng)域。否則，哈勃獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)肯定是眾望所歸。哈勃在威爾遜山天文臺(tái)做出的成就在人類認(rèn)識(shí)宇宙的歷史進(jìn)程中，具有豐碑意義，這些成就令哈勃和威爾遜山天文臺(tái)永遠(yuǎn)寫進(jìn)了天文學(xué)史中。如果說(shuō)哈勃為人類開啟了一盞照亮宇宙的明燈，指引人類朝著正確的方向探索宇宙，那威爾遜山天文臺(tái)，就是燈塔。威爾遜山天文臺(tái)自建成起，就擁有世界先進(jìn)的天文望遠(yuǎn)鏡。1969 年，為了紀(jì)念海耳，威爾遜山天文臺(tái)和帕洛馬山天文臺(tái)合并成為海耳天文臺(tái)。1986 年，威爾遜山天文臺(tái)的胡克望遠(yuǎn)鏡完成了它的歷史使命，正式停用。1992 年，隨著科技的進(jìn)步，人們?yōu)橥栠d山天文臺(tái)望遠(yuǎn)鏡安裝了自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)，使得這位功勛卓著的戰(zhàn)將又恢復(fù)了活力，重新啟用。在此后數(shù)年中，該望遠(yuǎn)鏡依然是世界各地的天文工作者探索宇宙的重要工具。直到今天，威爾遜山天文臺(tái)仍然是知名的天文學(xué)地標(biāo)，每年數(shù)以萬(wàn)計(jì)的參觀者慕名而來(lái)，他們像朝圣一樣，來(lái)參觀這座帶領(lǐng)人類改變宇宙觀的天文臺(tái)。我想，人類所能問(wèn)出的終極問(wèn)題，恐怕就是：宇宙到底是什么？沒(méi)有什么問(wèn)題能比這個(gè)問(wèn)題更大。就尺度而言，人類與宇宙相比，簡(jiǎn)直沒(méi)法用任何形容詞來(lái)描述他們之間的差異。但就是在宇宙面前如此渺小的人類，卻能找到窺探宇宙全貌的方法，實(shí)在是令人驚嘆。哈勃在威爾遜山天文臺(tái)留下的傳奇故事，是人類文明認(rèn)識(shí)宇宙全貌的開端，他讓我們深刻體會(huì)，科學(xué)如何用證據(jù)說(shuō)話。在證據(jù)面前，即便是愛(ài)因斯坦這樣的大神級(jí)科學(xué)家，也必須服氣。證據(jù)是一切答案的前提。點(diǎn)擊??：收看《夢(mèng)向另外的世界》：哈勃太空望遠(yuǎn)鏡
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