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返回柔软的宇宙：相对论外传

第12章　开天眼

      早在伽利略那个时代，伽利略通过望远镜就看到了大量的恒星，比肉眼看到的要多得多。后来哈雷又发现，这些恒星也不是不动的，其实它们也在运行，恒星也是天体。既然如此，那么恒星也有远近，也有组织结构。后来有人提出，看来这些恒星并不是孤立存在的，它们之间应该存在着某种联系。

      1750年，英国天文学家赖特提出：天上所有的恒星和银河共同组成一个巨大的天体系统，它的形状像是一个车轮或薄饼，太阳系就在其中。站在这个天体系统向外看去，就可以看到银河的形象，他甚至猜测到银河轮廓的不整齐，很可能是由于太阳不在银河中心的缘故。1755年，德国哲学家康德在他的著作《自然通史和天体论》一书中，发展了斯维登堡和赖特的思想。他认为貌似“云雾状的星体”实际上是比恒星大几千倍的恒星世界，其中每一个恒星都联系在一个共同平面上，从而组成一个协调的整体。他还认为整个宇宙是无限个这样有限大小的天体系统所组成的总体，就像群岛一样，因此也叫做宇宙岛。1761年，德国学者朗伯提出了一种无限阶梯式的宇宙模型，他认为太阳系是第一级体系；太阳及其周围的许多恒星构成的恒星集团是第二级体系；银河系这种庞大的恒星集团的总和，构成了第三级体系；第四级、第五级以此类推直至无穷。当然很多东西在当时是看不清楚的，比如说“星云”。康德说星云也是恒星组成的星系，有人则不同意这种说法，他们认为，既然叫“星云”，那就是一片云。

        这时候一个音乐家站出来了，他叫赫歇尔，是个半路出家的天文学家。他最大的本事是磨制望远镜，家里都变成望远镜作坊了。他磨制的望远镜，让英国格林尼治天文台都羡慕不已。他一共出售了几十个望远镜来补贴家用，还把他弟弟妹妹和儿子都拉下了水，全家老少一起研究天文学。赫歇尔最有名的贡献是发现了天王星，不过，他还对恒星和星云也做了大量的研究，坚持不懈地对天上的星星做了统计。他通过一千〇八十三次观测，一共数了六百八十三个取样天区中的十一万七千六百颗恒星，获得了丰富的观测资料。他发现银河附近的星星比其他地方的星星多得多，天空中的星星并不是均匀分布的。1785年，赫歇尔给出了一幅扁平、轮廓参差不齐、太阳居中（这是错误的）的银河结构图，首次用观测证明了银河与众多恒星确实构成了一个天体系统，这就是银河系。

        赫歇尔还做了一项在当时非常有影响的工作，那就是对星云的观测。他使用当时首屈一指的反射望远镜（图12-1）观测那些“云雾状天体”（当时也有人称之为“无星的星云”），一共选择了二十九个观测对象，结果，它们中的绝大多数都分解为一个个暗弱恒星的集合体。赫歇尔认定“星云”就是星系，他认为，一些在现在的望远镜中无法分辨出恒星的“星云”，是因为现在的望远镜还不够大，分辨率还不够高，将来更大的望远镜中也许会分辨出其中的一颗颗恒星。由于赫歇尔的声望，他的结论一发表就产生了很大的影响。

        然而，毕竟还是有大量的星云无法分解成一颗颗恒星，因此这事没有定论，到底星云是个什么东西？赫歇尔就发现一个星云，中间一颗恒星，周围有云气状的结构。赫歇尔麻爪了，看来的确无法分解成一颗颗恒星，于是他把它们叫做“行星状星云”。后来我们知道，这些行星状星云是年老的恒星爆发的产物，说白了就是老年恒星“死给你看”，恒星临死之前爆发了一把，气体被爆炸喷成了一个云团。美国宇航局网站上常常会放出行星状星云的照片，都很漂亮！后来，爱尔兰的罗斯伯爵下决心超过赫歇尔，他磨出来的大望远镜口径远远把赫歇尔的望远镜甩在了后面，但是很多星云依然没法分解成一个个恒星。大家折腾了好久，对星云这东西还是说法不一。这时候物理学大发展，给天文学提供了不少技术手段，天文学家们发现，天体是可以测量光谱的。有的是光谱里面某些部分明显比较亮，有一系列的明线，有的是光谱里面明显有暗线。两种情况恰好相反，是不是可以拿这个特征作为区别的依据呢？大家都觉得可以。可是没多久大家又都泄气了，因为陆陆续续发现了不少星云的光谱既没有亮线，也没有暗线。这事吵了近二百年，到现在也没得出个明确的结论，星云的本质仍然是个谜。

        就在科学家们为天上的星云不断争论的这些年间，世界格局出现了大的变化，那就是美国崛起了。赫歇尔正在研究恒星结构的时候，美国爆发了独立战争，科学家们开始研究恒星光谱的时候，美国恰好打了南北战争。在打完南北战争以后，美国进入了突飞猛进的阶段。发明重机枪的马克沁是1840年出生，发明大王爱迪生是1847年出生，发明电话的亚历山大贝尔也是1847年出生。迈克尔逊生于1852年，莫雷生于1838年，他们大多在这个时代成长起来。当然了，同时代还冒出了很多富可敌国的大企业家，比如大财阀摩根1837年出生，报业大王普利策1847年出生，洛克菲勒1839年出生。南北战争一结束，这批人刚好是风华正茂的年轻人，整个美国显得富有野性也富有生机，就像一个进入了青春期的棒小伙子，几年不见就长成了一个人高马大的壮汉。

        美国人有钱了，在工业技术方面突飞猛进，可是在理论科学方面就显得薄弱了。他们羡慕人家欧洲人底蕴深厚，理论科学的中心一开始在英国（牛顿、胡克那一批），慢慢地转到了法国（拉普拉斯，拉格朗日，拉瓦锡等），再之后又转到了德国（普朗克、能斯特、爱因斯坦等）。美国差得好远，不过美国人有钱啊！咱们可以农村包围城市，先从实验性的观测性的东西下手，然后再往理论方向突破。美国人就是这么干的，他们有钱任性。特别是美国人出了一个天文学家叫海耳，这个海耳在研究太阳方面有非常大的贡献，发明了单色光照相机。有了这东西，就可以看到过去难以观测的太阳色球层，俗称叫“日珥镜”。日珥的爆发就是在色球层才能看到。

        不过呢，他对天文学最大的贡献还不是这个，而是学会了拉赞助。他游说金融家C·T·叶凯士出资建造了叶凯士天文台，并安装了世界上最大的1米折射望远镜（1897年落成）。还游说商人胡克和卡内基基金会共同出资在威尔逊山天文台建成100英寸（2.54米）的反射望远镜（图12-3），1917年建成之后的三十一年中它一直是世界上最大的望远镜。1928年他筹款建造200英寸（5米）望远镜和帕洛马山天文台，该望远镜直到1948年才建成，背后出钱的是洛克菲勒基金会，为了纪念海耳，望远镜被命名为海耳望远镜（图12-4）。天眼巨镜，成为窥探宇宙奥秘的独门利器。当然，我们可以解读出洛克菲勒与卡内基比赛花钱的味道，建大望远镜的事儿，两家没少掰腕子。海耳最大的贡献，就是忽悠一帮子富豪掏钱建立天文台，建造大望远镜。这些大望远镜获得的成果，远远超过了他自己单打独斗。天文学毕竟是一门观测的科学，没有趁手的家伙是玩不转的，谁的望远镜大，谁就容易出成果。美国人的思路也很清晰，理论水平不如欧洲不要紧啊，咱们先搞实践。天才的脑袋瓜子千金难买，仪器设备是可以砸钱堆出来的。

          海耳在芝加哥大学当过教授，学生里面有不少人很仰慕海耳的贡献，有一个年轻人就是因此喜欢上了天文学。海耳几年后去了叶凯士天文台当台长，这个年轻人二十八岁的时候也去了这个天文台当研究生，不巧的是海耳去了威尔逊山天文台继续搞更大的望远镜。后来美国参加一战，这个年轻人当了两年的兵。到了1919年，这个小伙子来到了加州威尔逊山天文台工作。他倒是追随着海尔的脚步，海耳到哪儿，他就奔着哪儿去，这个小伙子，就是后来大名鼎鼎的“哈勃”。

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