@【天体与物理学史上的今天】- 公元1923年10月5日的今天,美国天文学家哈勃使用威尔逊山天文台的100英寸(2.54米)望远镜在仙女座星系边缘找到一些造父变星,这些变星的发现和后续的研究,哈勃据此推知仙女座星云的距离约为100万光年(现在数值约为240万光年),极大的改变了人类对于宇宙的认识。
人类认识宇宙已有数千年历史,其中最重要的里程碑有三个:波兰天文学家哥白尼1543年提出的日心说、英国天文学家威廉·赫歇尔1785年建立的第一个银河系模型、美国天文学家哈勃1923年观测证实河外星系的存在。
自17世纪初望远镜发明后,人类将天文事业拓展到越来越远的宇宙深处,天文学家们陆续发现了一些云雾状天体,这类天体也因其外形似云而得名“星云”。进入18世纪,英国天文学家托马斯·赖特和德国哲学家伊曼努尔·康德猜想,这些星云可能是和银河系一样的恒星系统,都如同宇宙中的岛屿。这些猜想不乏天才的预见,但缺乏科学依据。当时的天文学家对该星云的性质知之甚少,更不用说它是在银河系内部还是外部了。
英国天文学家威廉·赫歇尔于1785年建立了第一个银河系模型。赫歇尔试图通过实际测量找到答案。这位科学大师认为,如果星云可以用望远镜放大并分解成一颗恒星,那么观察到的星云就是星系。否则,星云就是银河系中的一些星云。
然而,观测显示,确实有一些星云可以分解成恒星,但在望远镜的视野中,许多星云仍然模糊不清,这让赫歇尔感到困惑。像赫歇尔这样拥有当时世界上最大的望远镜的伟大科学家,仍然无法判断,其他同时代的人更是无能为力。
事实上,赫歇尔的想法并不完全正确,因为所谓的“星云”包括三种截然不同的天体:银河系中的气体星云和尘埃星云、银河系中的星团和银河系外的星系。赫歇尔的望远镜可以分辨出恒星的“星云”,也就是星团。当时,用望远镜无法分辨出银河系中的气体星云和尘埃星云,或者是银河系外的星系。
到了1920年4月,美国科学院召开了一次“宇宙的尺度”专题辩论会,讨论当时所谓的漩涡星云是银河系内的天体,还是银河系外的星系。持相反观点的两位著名天文学家柯蒂斯和沙普利互相各执己见,争论不休,但最终都未能得出明确的结论。
随着大口径望远镜的面世,最终证实河外星系存在的时机历史性地落在了美国天文学家哈勃的身上。1917年,美国威尔逊山天文台新建成100英寸(2.54米)望远镜,是当时世界上最大(2.54米)口径的反射望远镜。1923年10月5日,哈勃用这架望远镜观测了仙女座星云。在高分辨率照片上,仙女星云的外缘被分解成一颗颗恒星。哈勃在其中辨认出了一些造父变星,它们离地球的距离是可以测定的。经过仔细的核对和计算,哈勃据此推知仙女座星云的距离约为100万光年,
1924年11月23日,美国天文学家哈勃在一份报纸上刊登,仙女座星系不在银河系内,而是独立于银河系之外的其他星系,宇宙中有很多这样的星系。这是人类首次确认河外星系的存在,也为这场辩论画上了一个句号。
造父变星在近代宇宙天体的研究中发挥着重要的作用,是天文学家的“宠儿”。这类为数众多的变星有一个十分重要的特性:它的光变周期与其绝对星等密切相关,换句话说,就是人们可以从它光度变化的周期很容易的推算出它的真正的光度,也就是通常说的绝对星等(即假定把恒星放在距地球32.6光年的地方测得的恒星的亮度)。当知道了恒星的绝对星等后,再把它与指观测者用肉眼所看到的星体亮度(即视星等)一比照,也可以算出这颗星离我们的距离了。当天文学家们测量遥远星体的距离时,这种方法非常有效,所以造父变星获有“量天尺”的美誉,堪称现代天文学家们的“掌上明珠”。
造父变星的这个特性为天文学研究立下了无数奇功。例如美国天文学家沙利普使用造父变星测量了银河系的大小和形状,发现太阳系位于远离银河系中心的“偏远”地区。著名天文学家哈勃,找到了仙女星系中的造父变星,从而测出了它的距离,证明了所谓的漩涡星云其实是和我们银河系一样由大量恒星组成的庞大星系等等。
2022年8月,中国科学院上海天文台与上海交通大学的联合研究团队在仙女座星系(M31)结构研究方面取得重要进展。研究团队提出了在星际气体观测数据中搜寻激波的新思路,从而给出了M31星系是一个棒旋星系而非普通旋涡星系的独立证据,并利用流体动力学模拟重现了气体中激波的主要观测特征。#历史上的今天[超话]#
