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1700927186 海伊似乎特别受机遇的青睐,因为在1944年,他又做出了另一个幸运的发现。在使用特种雷达系统指向某个很窄的角度时,这是他开发出来用来对付入侵的V-2火箭的技术,海伊注意到,流星在穿过大气层时也发出嘶嘶的无线电信号。
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1700927188 当战时雷达研究的热潮在1945年结束时,盟军方面留下了大量冗余的无线电设备和一大帮懂得如何使用它们的科学家。正是出于这些原因,射电天文学开始成为一个严肃的研究领域。第一批全职射电天文学家中有两人——斯坦利·海伊和他的战时同行,雷达研究员伯纳德·洛弗尔。洛弗尔设法弄到了一台前陆军机动雷达装置,开始实施射电天文观测的计划。但这只是洛弗尔在曼彻斯特建立射电天文学观测台的起点。电车经过带来的无线电干扰迫使他将观测站移到焦德雷尔班克——该城市以南大约30千米外的一个植物园里。在那里,他开始建造一个世界级的无线电观测站。与此同时,剑桥大学的马丁·赖尔则试图不落焦德雷尔班克之后。也正是赖尔将射电天文学变成了判断大爆炸与稳恒态争议的关键手段。
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1700927193 图94 斯坦利·海伊战时的发现被赋予新的生命。1963年4月,《每日先驱报》在“科学前沿”栏目里曾以连环漫画的形式描绘了这一技术的特征。
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1700927195 4幅连环画的文字:
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1700927197 (左上)1942年2月,二战期间,英国出现了噩梦般的危机。全国所有的雷达都报告说,一种新的“嗡嗡”声完全破坏了英国的雷达防空系统。
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1700927199 (右上)J.S.海伊领导的英军雷达运行调查组立即着手研究其原因。
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1700927201 (左下)海伊惊异地发现,雷达干扰不是来自海峡对面的德军,而是来自太阳黑子的强电磁活动。当时正处太阳黑子和太阳风活动的爆发期。
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1700927203 (右下)这是导致诞生全新的天文学——射电天文学——的重大事件之一。在这个领域,科学家就像用眼睛看到一样可以“听到”遥远恒星所发出的声音。
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1700927205 赖尔于1939年毕业于物理专业,二战期间也从事雷达工作。他先是被编入研究机载雷达的工作机构,后转职到空军研究部,并在那里研究出如何瘫痪V-2火箭制导系统的方法。他战时的最大成就是成为绝密的“月光计划”的成员。这一项目可以通过在德国雷达上产生虚假信号来模拟海上或空中攻击。在D日登陆行动中,他通过模拟在法国远离实际登陆地点的两次大规模海军攻击来帮助盟军分散和误导德军的注意力。
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1700927207 战争结束后,赖尔负责清理以前的军事装备,并着手提高射电天文测量的精度。与光学望远镜相比,射电望远镜在精确定位信号源方面能力非常弱,这主要是因为射电波的波长要比可见光波的波长长得多。1946年,赖尔借助于当时最先进的所谓干涉技术解决了这个问题。这项技术将几台射电望远镜的信号叠加起来大大改进了测量的总体精度。
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1700927209 因此,到1948年,赖尔已能够仔细巡天来找出是否存在几乎不发出可见光而只辐射大量的射电波的天体的迹象。这种天体对光学望远镜是不可见的,但能够用他的射电望远镜清晰地显示出来。赖尔的方法类似于警察在漆黑的夜晚搜寻一个逃犯。如果他们用一副光学望远镜来扫描,那么他们什么也看不见,因为逃犯不发出任何光,而且夜间很黑暗。但如果他们使用的是热成像仪,就是那种设计用来检测有体温的身体所发出的红外辐射的仪器,那么逃犯就将被清楚地显示出来。另外,如果该逃犯使用手机与同伙联系,手机会发射无线电波,警察就可以使用无线电讯号定位仪来确定他的位置。换句话说,不同的对象发出不同波长的能量,如果你想“看到”对象,那么你必须采用调谐到正确波长的适当的探测器。
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1700927211 赖尔的第一次调查结果,即《第一剑桥(或1C)射电源表》,给出了50个不同的射电源。这些天体发出强烈的无线电信号,但是是不可见的。紧接着是如何解释这些对象的问题。赖尔认为它们是我们银河系内的一种新型恒星,但其他人,例如稳恒态支持者托马斯·戈尔德,则认为它们是独立的星系。戈尔德有心要超越剑桥的射电天文研究组,但赖尔的这项工作击溃了他,因此这一科学争论染有个人恩怨的痕迹。
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1700927213 赖尔没有认真听取戈尔德的意见,因为戈尔德是一位理论家,而不是一位观测天文学家。1951年,在伦敦召开的一次大学学院的会议上,赖尔公开不点名地贬斥戈尔德的观点:“我觉得理论家误读了实验数据。”换句话说,理论家根本不知道他们自己在说什么。霍伊尔当时也在场,他感到赖尔的语气暗示理论家是“一些低劣可憎之辈”。
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1700927215 这些射电源天体究竟是恒星还是星系这个问题在接下来的一年中得到了解决。剑桥组能够确定标记为天鹅座A的射电源的位置,其定位精度使得帕洛玛山天文台的沃尔特·巴德能够用200英寸望远镜在该区域尝试检测光信号。在巴德看来,看到的才可信:“当我检查底片时,我知道有些东西不寻常。片子上布满了星系,数量有两百多个,最亮的处在中心……我脑子一时应接不暇,以至于开车回家吃晚饭时不得不半道儿把车停下来琢磨琢磨。”
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1700927217 巴德表明,赖尔的射电源与那些迄今看不见的星系恰好处于完全相同的位置。因此他得出结论,无线电波的波源是星系而不是某颗恒星。这样巴德便证明了赖尔的断言是错的,戈尔德是正确的。有了第一次自信地将一个射电源与一个星系联系起来,天文学家随后便将《1C射电源表》里的其他射电源与星系联系起来。这些主要是发射射电波而不是可见光的星系被称为射电星系。
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1700927219 戈尔德一直记得在一次会议上巴德第一次带着他的天鹅座A是射电星系的消息走过来时的情形:
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1700927221 在通往会议室的大厅里,人们和往常一样三三两两地聚在一起聊天。沃尔特·巴德站在那里。他叫道:“汤米!到这里来!看看我们得到了什么!”……随后赖尔推门而入。巴德喊道,“马丁!过来!看看我们发现的东西!”赖尔走过来,铁青着脸看着这些照片,一句话也不说,跌坐在附近的沙发上——垂着头,埋在两手之中——抽泣起来。
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1700927223 赖尔将自己的职业声誉押在这样一个事实上:《1C射电源表》里的射电源是恒星,而他的对手,主要是霍伊尔和戈尔德,则无情地认为这些射电源是星系。这是一场已变得越来越具有敌意的战斗,所以当他不得不承认霍伊尔和戈尔德是对的时,赖尔受到了重大打击。
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1700927225 带着尴尬和羞辱,赖尔决定,如果他能找到反对稳恒态而支持大爆炸模型的新证据,那么他就能对霍伊尔和戈尔德进行报复。赖尔集中全力试图测出年轻星系的分布。这种分布的意义见前述表4中的稳恒态与大爆炸模型比拼的第4项标准。从本质上讲,两个模型预言的年轻星系的分布截然不同:
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1700927227 (1)大爆炸模型认为,年轻星系只能存在于早期宇宙中,因为它们随着宇宙年龄的增长才逐渐成熟起来。尽管如此,我们还是能看到年轻星系,但只有在宇宙深处,因为遥远星系的光线要过数十亿年才能到达我们这里,因此我们看到的是它们处在早期宇宙中的情形。
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1700927229 (2)稳恒态模型认为,年轻星系应该分布得更均匀。在稳恒态宇宙中,年轻星系全都诞生自退行星系之间宇宙新产生的物质。因此,我们应既能看到邻近的年轻星系,也能看到遥远的年轻星系。
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1700927231 最重要的是,天文学家认为——尽管非常笼统——射电星系要比普通星系年轻。因此,如果大爆炸模型是正确的,那么射电星系通常应该在离我们银河系很远的地方。反之,如果稳恒态模型是正确的,那么它们应该无论远近都有出现。因此,测量射电星系的分布将是检验哪个模型正确的一个决定性方式。
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1700927233 赖尔决定进行这项关键性检验,他暗自希望结果将不利于稳恒态模型,而有利于大爆炸模型。因此在1C普查之后,他随即展开了一系列更为严格的巡天普查,并将之命名为2C、3C和4C普查。他建造了玛拉德天文台,从而使剑桥成为世界级的射电天文学研究中心。当遇到恶劣天气时,射电天文学研究不像光学天文学研究那般娇气,因为无线电波不会被云层阻隔。位于剑桥的射电望远镜因此即使在英国寒冷的冬天里也可以与世界上其他国家的天文台展开竞争。
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