哈勃的第二个优势是,他可以使用,当时世界上最好的望远镜,威尔逊山天文台100英寸(约2.5米)的胡克望远镜。
当时科学界对斯利弗提供的数据质量表示怀疑,猜测他观测到的数据红移可能不够准确。
胡克望远镜远比斯利弗使用的洛颚尔天文台望远镜强大。
因此,哈勃不但可以比斯利弗拍摄更暗的星系,而且可以更高的精度获得【红移】数据。(老斯这是吃了装备的亏啊!老斯只想说,宝宝心里苦,但是宝宝不说!)
事实上,哈勃还有第三个优势,那就是赫马森的经验。
拍摄星云的光谱需要长时间曝光,对天文学观测者需要的耐心和技巧要求很高。
而米尔顿同志是威尔逊天文台最优秀的观测天文学家。
米尔顿·赫马森同志14岁辍学,没有受过高等教育,最开始是以杂工的身份进入威尔逊天文台。
但他高超的望远镜操作能力很快,折服了天文台的天文学家沙普利和台长海尔,成为正式的驻站观测人员。
在过去的十几年里,威尔逊山天文台,很多重要的观测结果都有他的功劳。
当然,哈勃自己也是一个优秀的观测家,但,他已经慢慢离开观测第一线。
米尔顿同志就成了保证哈勃计划成功的重要一环。
在科学探索的领域,科学家们传统意义上的基础文化显得苍白无力。
科学面前,无学业、血统、物质财富方面的高低贵贱之分,谁对宇宙(这里的宇宙指包括可观测宇宙内一切微观、宏观可见物质、不可见物质)认知更加深刻,谁就是爷!
让我们来稍微回顾一下,哈勃测量星系距离的手段,在上一章,我们已经谈论过【三角视差法】。
这是天文学最准确的测量距离方法。
地球在公转轨道上运行的时候,远处的恒星在【天穹】上的位置,会因为观测者视线方向的变化,而产生相对【恒星背景】的位移。
观测者通过观测目标天体,在一年中,相对【恒星背景】的变化,就可以通过【三角视差法】计算出目标天体的距离。
但是三角视差法,无法测量非常远的距
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离。
那些非常远的天体在天穹上的移动角度太小了。
例如,哈勃当初就无法利用视差法计量【河外星系】的距离,而不得不用【造父变星测距法】。
造父变星测距的思路,和三角视差法完全不同,造父变星是一种所谓的标准烛光,它们就好比一个个出场功率标定的灯泡。
天文学家通过比较这些‘灯泡’的观测亮度和它们的真实亮度,就可以计算它们的距离。
书友们请注意!
灯泡的额定功率需要实验校准。
【造父变星】的周光关系也需要其他独立的观测校准。
怎么做呢?
天文学家,首先要对太阳系附近的【造父变星】进行视差法测距,这样,这些造父变星就有了一个独立而且精准的测量。
通过这个距离就可以标定他的周光关系。
之后,天文学家就可以把标定好的周光关系,用于更远处的【造父变星】了!
【造父变星】在恒星中算是比较明亮的,但它毕竟只是一颗【恒星】。
当河外星系距离银河系超过150万光年后。
即使,威尔逊天文台的望远镜也无法分辨出其中的造父变星。
这时,哈勃必须寻找新的标准烛光来测定距离,而新的【标准烛光】又需要新的【造父变星】来校准。
利用不同的测距方法,一级接着一级向宇宙深处迈进!
这样一来,哈勃就可以构建,宇宙的距离阶梯了。
三角测距是哈勃的第1阶梯。
造父变星是第2阶梯。
哈勃同志和赫马森同志寻找的第3阶梯是星系中最亮的恒星。
哈勃同志做了一个简单的假设,认为它们的绝对亮度与【银河系】中最亮的恒星相同。
这种假设的前提是,所有的星系都有非常相似的恒星亮度分布。
哈勃的第4阶梯是星系团的亮星系。
他假设在星系团中第5亮的星系总是具有相似的亮度。
哈勃的第3和第4阶梯观测检验,用今天的眼光(本文出版于2011年)来看远不如前2级阶梯稳固。
无论如何,哈勃利用了它们开始了自己的宇宙探索。
哈勃的计划,野心勃勃。
他们观测的第1个星系就斯利弗观测的所有星系都暗。
这显示了胡可望远镜的强大威力(当然了在种花家全球最强光学望远镜【盘古望远镜】,5公里直径,5000米的口径下,其他国家的天文望远镜都是弟弟。)
这个星系像预料中的一样显示出比之前所有观测的星系都高的【红移】。
它以大约3000公里/秒的速度逃离地球。
这个数据是之前,斯利弗最高测量到的星系红移数据的2倍。
到1929年,哈勃和赫马森已经收集了40多个星系的红移。
虽然能够测量距离的星系只有24个。
1929年,哈勃发表了这批观测结果,这篇划时代的论文只有短短6页。
在论文中,哈勃将这些星系的红移和他们的距离对应起来,画在一张图上。
通过这篇论文,人们惊奇的发现这些星系远离地球的速度,正比于【距地距离】。
哈勃用大写字母K,代表星系退行速度和星系距离的比值。
计算出v=H0*D(v=K*D)
MPC=500公里/秒
其中,v是由红移现象测得的星系远离速率,H0(K)是哈勃常数,D是星系与观察者之间的距离。
这里的MPC是一种天文距离单位。
其中v是由红移现象测得的远离速率,一般表示为km/s。H0是哈勃常数,在弗里德曼方程中对应着数值H(通常称为哈勃参数,是一个取决于时间的值,由时间的观测得来,以下标0来区别。)此常数在宇宙中对任意保角时间(conformal time)而言皆是相同的。 D是光相对于观测者的惯性坐标系穿越星系的适当距离,以百万秒差距(Mpc)作为测量单位。
1秒差距大约等于3.26光年。
换句话说,哈勃的观测,意味着326万光年外的星系,正以每秒500公里的速度远离地球。
这就是著名的【红移距离关系】。
为了纪念哈勃的贡献。
后来的研究者,将这个关系称作【哈勃定律】并用HO代替K表示为这个定律中的基本比例系数。
H是哈勃姓氏的首字母。
为什么星系会存在红移距离关系呢?
在1929年的论文中,哈勃没有过度阐释,这个关系的内涵,只是谈到它可以反应了宇宙学家们谈到的【时空效应理论】,并没有进一步阐述。
(本章完)