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1700926908 巴德在研究被称为天琴RR型星的过程中度过了战争年代。天琴RR型星是一种类似于造父变星的变星。在哈佛天文台与亨丽埃塔·莱维特一起工作的威廉米娜·弗莱明曾表明,天琴RR型星的光变特性可以像造父变星一样用于距离测量。但到那时为止,她的这项技术仅限于在银河系内被采用,因为天琴RR型星的发光不像造父变星那么亮。不过,巴德的雄心是想用理想的观测条件去发现仙女座星系里的天琴RR型星。仙女座是离我们最近的大星系。这样,他就可以利用天琴RR型星的光变特性来测量仙女座的距离,并与之前基于造父变星测得的距离进行交叉检验。
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1700926910 事实上,巴德很快就意识到,仙女座的天琴RR型星的距离超出了100英寸胡克望远镜所能够得着的范围。因此他只好用这架100英寸的仪器对银河系里的这些恒星进行观测,为日后采用200英寸的望远镜做准备,这架望远镜将很快在战后完成建造。他乐观地认为,新的巨型望远镜将使仙女座的天琴RR型星纳入视线范围。
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1700926912 200英寸的望远镜——乔治·海耳的最大的天文学工程——建在威尔逊山东南方200千米外的帕洛玛山上。在它开始建设的两年后,海耳就于1938年去世了。因此海耳没有机会看到有史以来获得的最壮观的宇宙景象。当这架仪器最终完成后,它被命名为海尔望远镜。
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1700926914 1948年6月3日,洛杉矶的各界名人出席了这架望远镜的落成典礼。面对坐落于1000吨旋转圆顶下的这架巨型仪器,宾客们惊叹不已。它的凹面镜抛光精度为1毫米的百万分之五十。当影片《赏金兵变》的主演巨星查尔斯·劳顿被问到海耳望远镜是否给人震撼时,他回答说:“极其震撼,我的天!简直可怕极了。他们打算用它做什么?开始与火星打仗吗?”
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1700926916 到海耳望远镜完全就绪时,威尔逊山和帕洛玛山两大天文台的研究力量配备也已完全到位。尽管如此,巴德在寻找仙女座星系天琴RR型星方面还是要领先一步。这要归功于他在二战期间用100英寸望远镜打下的良好基础。他立刻将新的200英寸望远镜对准仙女座星系,搜寻其微弱的恒星亮度的快速变化,这是天琴RR型星的指征。
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1700926918 经过一个月的细致测量,巴德没有发现他希望看到的天琴RR型星的任何迹象。他继续坚持,但用这架强大的海耳望远镜还是没找到任何预料中的迹象。他百思不得其解。他知道,是否能看到仙女座星系的天琴RR型星只取决于3个因素——恒星的亮度、200英寸望远镜的能力和星系的距离。他的计算表明,这些恒星应该绝对是可见的。为了确定是什么使得他未能发现天琴RR型星,他重新检查了决定观测成败的3个因素。从战时的研究中他确信天琴RR型星的亮度测得没错,而且他也确信自己十分了解望远镜的能力……那么唯一的原因莫非是仙女座的距离远远大于人们以前的预期?
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1700926920 巴德确信,唯一合乎逻辑的和可能的解释就是仙女座星系的公认距离存在误判。最初他的同事们对此持怀疑态度,但当他能够严谨地指出以前对仙女座星系的测量是如何以及为什么存在失误后,他们相信巴德是对的。
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1700926922 正如第3章解释的,最初对仙女座星系距离的测量一直用的都是造父变星,这已经成为测量星系距离的基本准则。亨丽埃塔·莱维特已表明,造父变星有一个有用的性质,就是两个亮度峰值之间的时间段是其固有光度的优越的指征,而后者可用于与其视亮度进行比较来确定它到地球的距离。哈勃曾第一个发现了银河系外的造父变星,从而测量了另一个星系(即仙女座星系)的距离。
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1700926924 然而到了1940年,事情变得很明显,大多数恒星可以分为两大类型,称为星族。较老的恒星属于星族Ⅱ,在这些恒星瓦解之后,其碎片变成新的、年轻恒星(即星族Ⅰ)的成分。这些新星通常要比星族Ⅱ的恒星热,也更明亮,光谱更偏蓝。巴德认为造父变星也可以分为这两类,并认为这正是仙女座星系距离背后的矛盾所在。
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1700926926 巴德认为仙女座更远的观点是基于简单的两步。首先,星族Ⅰ的造父变星要比有同样光变周期的星族Ⅱ的造父变星亮;其次,天文学家们往往只观测仙女座星系中较亮的星族Ⅰ的造父变星,但他们无意间用了银河系中较暗的星族Ⅱ的造父变星来建立仙女座星系的造父变星的距离尺度。
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1700926928 哈勃不知道造父变星有两种类型,因此犯了这样一个错误:用本地较暗的星族Ⅱ的造父变星与仙女座星系的相对明亮的星族Ⅱ的造父变星作比较,结果他错误地估计了仙女座星系的距离,即他估计的距离要比实际距离近。
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1700926930 为了直接解决这个问题,巴德着手根据两类造父变星来重新校准造父变星的标准尺度。通过这种方式,他可以正确估算出到仙女座星系的造父变星的距离,也就是到仙女座本身的距离。他指出,平均来看,星族Ⅰ造父变星的亮度是星族Ⅱ中具有相同光变周期的造父变星的4倍。简单来说就是,如果一颗恒星到观察者的距离远离到原先的两倍,那么它的光强将减弱为原先的四分之一。因此,仙女座星系必须挪远到原先的两倍距离上——大约为200万光年的距离——才能矫正这样一个事实:平均而言,仙女座星系中可见的星族Ⅰ的造父变星的亮度,是原先用来测定距离的星族Ⅱ的造父变星的亮度的4倍。现在,到仙女座星系的距离得到了纠正。因此毫不奇怪,在200万光年的距离上,天琴RR型星的亮度太微弱根本观察不到。
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1700926932 如果说调整仙女座星系的距离是巴德这项工作的唯一结果的话,那么它在天文学史上就似乎不值得大书特书了。然而实际上,到仙女座的距离已被用于估计我们到其他星系的距离,所以仙女座距离的加倍意味着到所有其他星系的距离都要加倍。
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1700926934 而且,估算给出的这些星系的退行速度保持不变,因为它们是从光谱的红移推算出来的,它们不受巴德的研究成果的影响。这对大爆炸模型有着巨大的积极影响。如果距离加倍,速度保持不变,那么从创生那一刻到所有星系当前距离的时间也必须加倍。换句话说,大爆炸模型下的宇宙年龄现在应当向上修正到36亿年,这个数字不再与地球的年龄相冲突。
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1700926936 大爆炸模型的批评者指出,恒星和星系比地球年长,因此很可能超过36亿年,这意味着宇宙似乎仍含有比宇宙本身年龄更大的天体。这样的话,这些批评者声称,所谓时标困难仍然是一个问题。但是,大爆炸模型的支持者没有被这一完全合理的论点扰乱,因为巴德的研究已经表明,就测量星系的距离和宇宙的年龄而言,仍有很多东西需要学习。他发现了一个错误,就使宇宙的年龄翻番,因此很可能日后人们发现另一个错误,宇宙年龄会再次翻番。
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1700926938 在修正大爆炸模型的重大缺陷问题上,巴德走过了很长的路才取得突破。这一突破的更重要的意义是强调了天文学中普遍存在的弱点——盲从的习惯。由于哈勃的声誉,天文学家很久以来一直毫不犹豫地接受了他公布的仙女座星系和其他星系的距离。不敢质疑和挑战这样的基本判断,即使这些判断是由著名权威刚做出的;这是不发达科学的主要特点之一。
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1700926940 许多年后,受到仙女座星系距离判断失误这一案例的启发,加拿大天文学家唐纳德·弗尼尖锐地指出了科学上盲从这一不良品质的危害性:“对天文学家的群体本能的权威性的研究还有待进行,但有许多次,我们像羚羊一般聚在一起,低着头密集地排着队,以坚定的决心沿着特定方向如隆隆雷声滚过平原。只要领头的一声信号,我们便掉转头,以同样坚定的决心,向着一个完全不同的方向,仍然鱼贯有序地紧挨着前进。”
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1700926942 巴德在出席于1952年罗马召开的国际天文学联合会会议上正式宣布,宇宙的年龄是以前认为的两倍。会议室里那些支持大爆炸模型的同行一眼就看出了这个新的测量值支持他们所信仰的创生时刻——或至少是去除了绊脚石。要不怎么说历史常有巧合呢,当时这个专题讨论会的会议记录正是大爆炸模型的激烈的批评者——弗雷德·霍伊尔。他尽职尽责地记录下会议结果,但他对永恒宇宙的根深蒂固的信念迫使他选择了这样一种遣词造句的方式,就是小心翼翼地避免引向大爆炸模型或物质创生模型。他写道:“哈勃的宇宙特征时间尺度现在必须从大约18亿年提高到大约36亿年。”
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1700926944 唯一对这个结果感到比霍伊尔更加失望的人是埃德温·哈勃。不论大爆炸模型正确与否,他都不会有一丝一毫的挫败感,因为他从来不会让宇宙学问题来打扰自己。哈勃只关心他的测量结果的准确性,而不是对它的解释并根据它们来确立理论的正确性。因此在这一刻,他彻底绝望了,因为巴德发现了他的距离测量中存在重大缺陷。
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1700926946 当哈勃认真考虑了巴德的新的测量结果的意义后,他感到一阵彻痛的辛酸。尽管他荣获了许多国家奖和国际奖项,但他始终感到遗憾的是,他从来没有被授予诺贝尔奖,这一直是他的终极目标。现在,巴德指出了他的工作中的一个错误,这似乎让荣获诺贝尔奖变得更加遥不可及。
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1700926948 事实上,诺贝尔物理学奖评审委员会毫不怀疑哈勃是他那个时代最伟大的天文学家。在他们眼中,巴德的研究几乎没有玷污这位伟人的声誉。毕竟,哈勃通过证明存在河外星系解决了1923年的大辩论问题,他还在1929年用他的星系红移定律奠定了大爆炸与稳恒态模型争论的基础。诺贝尔基金会忽略他的唯一原因是他们从未认为天文学是物理学的一部分。哈勃吃亏是吃在了专业方向上。
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1700926950 哈勃曾满足于媒体和公众对他的赞美。他们尊他为宇宙英雄,他们适时地赞颂了他的成就。正如一位记者所说的那样:“正如哥伦布航行3000英里,发现一个大陆和一些岛屿一样,哈勃在无限的空间中漂泊,发现了数百个巨大的新世界、星岛、次大陆和星座,这些星座可不是仅仅在数千里之外,而是在百万亿英里之外。”
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1700926952 1953年9月28日,哈勃死于脑血栓。可叹的是,他完全不知道,诺贝尔物理学奖评审委员会已秘密决定修改他们的规则,授予他诺贝尔奖来认可他的成就。事实上,该委员会正准备公布对他的提名时,哈勃去世了。
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1700926954 诺贝尔奖不能追授,而且协议规定该委员会的讨论内容不得外漏。要不是因为有两名委员——恩里科·费米和苏布拉马尼扬·钱德拉塞卡——决定与哈勃的遗孀格蕾丝·哈勃联系告知此事,哈勃被提名的事儿将一直是个秘密。他们急于让格蕾丝知道,她丈夫对理解宇宙所做出的无与伦比的贡献没有被忽视。
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1700926956 越暗,越远,越古老
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