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中国时间: 05:51 2016年12月10日星期六

美国天文学家哈伯的巨大贡献


美国的天文学家艾德文.哈伯年轻的时候曾经是一位优秀的篮球运动员和拳击好手,后来又做过一段时间的律师,他的研究工作曾经涉及到天文学家无法解答的问题。哈伯最初使用的天文望远镜,配有直径一百五十二公分的镜面,结果获得和星云有关的重要发现。就是由于他的观察而促成了天文学在二十世纪对不断扩大的宇宙有了重大发现。

艾德文.哈伯早在一九二零年代就有了重要的发现,改变我们对宇宙和宇宙演变过程的概念。其他的天文学家正在继续从事哈伯率先开始的工作。很多天文学家目前使用的太空望远镜就是以哈伯的姓氏命名的。

哈伯于一八八九年出生在美国密苏里州马施费尔德。他的童年是在肯塔基州度过的,后来他随着家人搬到伊利诺伊州的芝加哥,他进入芝加哥大学修读数学和天文学。

哈伯是一个优秀的学生,也是一个很好的运动员,他是在一九零九年获得冠军的芝加哥大学篮球队的队员。他也是一个杰出的拳击手,有好几个人劝他在学校毕业之后接受训练,争取世界重量级拳王的宝座。

但是,他最后决定继续他的学业,前往英国,进入牛津的皇后学院。哈伯在牛津攻读法律,他对英国的不成文法律很感兴趣,因为他的家人是在多年前从英国移居美国的。他在牛津就读了三年。

哈伯在一九一三年回到美国,他在肯塔基州的路易斯维尔开设了一家律师事务所。过了不久,他又决定不要从事律师的工作,他回到芝加哥大学,再度进修天文学。

哈伯利用芝加哥大学“耶尔克斯天文台”的仪器,观察夜间的天象,他的研究工作涉及一个天文学家们所无法解答的重要问题,那就是:什么是星云?

哈伯解释说:星云这个天文学名词是从几个世纪以前流传下来的,意思是指我们这个太阳系以外长久存在的浑沌景像。有些天文学家认为星云是银河系的一部分,也有些天文学家认为:星云是一些遥远的个别的宇宙。哈伯在他的研究报告当中说,要解决这个问题,必需使用效力更为强大的仪器,而这种仪器还没有发明出来。

一九一七 年,第一次世界大战爆发,哈伯在美国从军,被派往法国作战。在这之前,天文学家海尔邀请哈伯到美国加利福尼亚州南部的“威尔森山天文台”工作,哈伯在大战结束之后回到美国,接受了海尔的邀请,当时他三十岁,刚刚展开后来使他大为出名的工作。

在威尔森山,哈伯最初使用的望远镜配有直径一百五十二公分的镜面。他对我们这个星系当中的物体进行观察,结果获得和星云有关的重要发现。哈伯说,看起来像是从星云发出的亮光,实际上是来自星云附近的星体。

他说,星云是一群原子和尘埃,它们不够热,不能像星球一样发出亮光。

过了不久,哈伯开始在威尔森山使用一个更大和效力更强的望远镜,配有直径二百五十公分的镜面,这是连续二十五年全世界最大的望远镜,它的高度效能使哈伯得以获得重要的发现。

哈伯从一九二二年开始不断对遥远的物体进行观察,他的第一个重要的发现是在“仙女座”星云的外部辨认出“仙王座”变光星,这种变光星的光亮每隔一段时期就会出现变化。

美国哈佛大学的天文学家莱维特发现,这种光亮变化的周期可以用来计算一个星座和地球之间的距离。据哈伯计算的结果,“仙女座”远在我们的银河系以外。哈伯的发现结束了一项持续很久的争论,他证明那些相信星云的位置在银河系以内是错误的。他证明星云本身就是个别的星系,天文学家们现在同意若干遥远的星系确实存在。

哈伯后来对这些星系做仔细的观察,他研究这些星系的形状和亮度,到一九二五年,哈伯根据观察所得做出一项结论说:宇宙是由很多不同形状和幅员的星系组成的。哈伯说,像不同的恒星一样,星系也各有不同。有些星系类似银河与“仙女座”呈螺旋形,有一个中心,四周有一群物体绕行,形状像一个风车。还有一些星系的形状像棒球或者鸡蛋,还有一些星系没有任何特别的形状。

于是,哈伯提出一套以形状来形容不同星系的方法,他的方法现今仍然为天文学家所采用,哈伯还指出,个别星系所包含的发光物体大体相同。他说,所有的星系相互之间都有连带关系,很像一个大家庭。

在一九二零年代后期,哈伯对各星系在宇宙当中的活动进行了研究,他的观察促成天文学在二十世纪的一项最重要的发现,那就是宇宙在不断扩大。

在较早的时候,天文学家谢菲尔曾经对一些星系的活动加以观察,他发现有些星系正以每秒钟三百公里到一千八百公里的速度远离地球,哈伯了解谢菲尔的发现所具有的重要性,他拟出一个尽可能对多数星系的距离和速度加以测量的计划,哈伯和他在威尔森山的助手赫玛森测量了若干星系的活动。

哈伯把他 们所研究的现象称做“星系红移”或者称做“多普勒效应”。“多普勒效应”可以用来解释正反两个方向的光波或者音波波长的变化,一个向外离开的物体的光波波长,会伸展的较长,呈现红色,一个迎面而来的物体的光波波长会比较短,呈现蓝色。

哈伯对四十六个星系观察的结果显示,这些星系正在远离地球,速度和星系与地球之间的距离有直接的关联。哈伯发现星系离地球越远,速度越快。这项科学法则被称为“哈伯定律”。

哈伯的发现使我们对宇宙的概念起了重大的变化。宇宙从一开始就不是像很多人所认为的那样完全静止而毫无变化的,宇宙是在不断扩大。哈伯说,宇宙开始变化的时候可能有过一次威力难以想像的爆炸,那也就是人们通常所说的“大爆炸”。

哈伯的工作并没有在获得这项发现之后就停止,他继续对星系进行观察,也继续获得新的知识,一些来自世界各地的天文学家都参加了他的研究工作。

哈伯在第二次世界大战期间离开“威尔森山天文台”,他为美国政府的作战部从事研究工作,他在战后以大部份时间筹划在加利福尼亚州南部设置一个更大的新望远镜,这个望远镜在一九四九年完成,镜面直径达五百公分,以天文学家海尔的姓氏命名。

哈伯是第一个使用海尔望远镜的人,哈伯在一九五三年去世,当时,他正准备用这个望远镜对天空做四个夜晚的观察。哈伯的工作引导天文学家们对宇宙的诞生进行新的研究,有一位天文学家说,科学界一直在对哈伯的研究补充细节,他说未来要走的路还很漫长。

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