世紀大辯論

2023-03-31 16:31:43 2

很久以前，以辯論的形式討論問題和觀點是很常見的，包括科學家和哲學家，他們試圖理解宇宙的本質和人類在其中的位置。

到20世紀初，藉助哥白尼、克卜勒和伽利略的革命性思想和觀察，我們對宇宙的理解發生了巨大的變化。隨著更新更大的望遠鏡的出現，我們對宇宙的理解被一次又一次地修正。關於宇宙的性質和大小的辯論在1920年達到了高潮。

在19世紀中葉，天文學家們在夜間觀察到許多「螺旋星雲」，他們對這些天體的性質產生了分歧。|照片來源:ESO/P.Grobol

1920年4月26日，在華盛頓特區的史密森尼國家自然歷史博物館舉行了一場偉大的科學辯論。當時，有一場關於螺旋星雲的性質和宇宙大小的辯論，因為天文學家對觀察到的螺旋星雲的性質有不同的看法。

辯論的雙方是韭菜天文臺的希伯·柯蒂斯和威爾遜山太陽天文臺的哈羅·沙普利。總的來說，沙普利認為銀河系是整個宇宙，而像仙女座星雲這樣的螺旋星雲是小天體，只是銀河系中的一些氣體雲。柯蒂斯認為，通過望遠鏡觀察到的螺旋星雲實際上是類似銀河系的星系或島嶼宇宙。他認為仙女座星雲比銀河系有更多的新恆星。

這一歷史性的「大辯論」實際上不同於現代意義上的「辯論」，在現代意義上，兩位天文學家各有40分鐘的陳述時間來描述他們當時對宇宙的理解。然後每個人都有機會反駁對方的評論，然後當場反駁觀眾的評論。儘管他們的焦點是螺旋星雲的性質和宇宙的大小，但他們兩人在多達14個問題上有不同的看法。

沙普利當時是一位年輕而雄心勃勃的天文學家，主要研究球狀星團中雙星系統的恆星性質。從當時被廣泛接受的觀測結果來看，球狀星團更集中在天空的一半空處，所以沙普利推測天空的這一部分空是銀河系的中心。他利用造父變星的周期性光度變化粗略計算了這些天體之間的距離，並揭示了我們的太陽和銀河系中心之間的距離。

沙普利的研究結果將當時認為的宇宙大小從33000光年增加到326000光年；並在那時將太陽移離星系中心65000光年。然而，沙普利仍然相信它計算的整個宇宙包含在我們的銀河系中。

柯蒂斯是公認的受人尊敬的天文學家。他在螺旋星雲中擁有更權威的學術地位。他堅持傳統觀點，認為銀河系的直徑只有32600光年，太陽離銀河系中心很近。此外，他認為所謂的螺旋星雲實際上是一個星系。他指出，銀河系中的新恆星比螺旋星雲中的要亮得多。他不相信造父變星是計算距離的可靠基礎，並質疑shapley對宇宙新大小的計算。可以說，他不同意沙普利的所有新的距離結果。

然而，在這場大辯論的最後投票中，沙普利贏得了更多的支持。

故事的轉折點發生在1924年。天文學家埃德溫·哈勃使用胡克望遠鏡拍攝仙女座星雲，尋找造父變星。經過許多個夜晚，他終於在1923年10月在當時被認為是仙女座星雲的地方發現了一顆閃爍的造父變星。

隨後，哈勃利用觀測到的造父變星的周期和光度之間的關係計算了造父變星V1的距離。來自V1的星光使一件事非常清楚，即所謂的仙女座「星雲」確實在銀河系之外，而且它比沙普利想像的離我們遠。

該圖顯示了哈勃望遠鏡拍攝的造父變星V1 空和哈勃在1923年拍攝的造父變星之間的對比，時間間隔約為90年。|照片來源:美國航天局/歐空局/哈勃遺產小組

這意味著柯蒂斯是對的。銀河系絕不是整個宇宙。它只是浩瀚宇宙中眾多星系中的一個。這顆造父變星V1位於仙女座星系的一個旋臂上，因此被稱為「宇宙學史上最重要的恆星」。

儘管柯蒂斯在宇宙大小的問題上被證明是正確的，但是天文學家們對於誰真正「贏得」了這場辯論並沒有達成共識。因為在這場爭論中，沙普利的觀點並不全是錯誤的，至少在我們的星系比以前認為的要大這一點上，他是對的。此外，在沙普利的模型中，他認為太陽遠離銀河系中心。但是柯蒂斯將太陽定位在星系中心附近。

20世紀30年代，隨著天文學家羅伯特·川普勒清楚地證明了星際吸收的存在，隨著天文學家對球狀星團的距離和分布的進一步了解，人們普遍認為銀河系比以前想像的要大得多，並且基本上證實了太陽並不像以前想像的那樣靠近銀河系的中心。

與柯蒂斯相比，沙普利在理解銀河系的大小和太陽的位置方面更為正確。另一方面，柯蒂斯正確地預言了宇宙由許多星系組成，而螺旋星雲只是其中一個與我們的星系非常相似的星系。此外，shapley還指出造父變星可以作為距離測量的指標，這一觀點也是正確的。造父變星仍然是我們測量遙遠天體距離的基石。兩人都在同一個問題上犯了一個錯誤，即他們都認為星際間對星光的吸收對於確定星系的大小並不重要。