A. 怎樣測量恆星到我們的距離
最精確的方法是通過三角視差法,即藉助地球軌道相反一側上的兩個點來測量近旁恆星的位置。通過觀察兩次測量之間極小的角度變化,就可計算出其距離來。天文學家們對最近恆星距離我們的距離深感驚奇。事實上,銀河系中的1000億顆恆星中只有很小一部分處在該方法的測量范圍之內——對500光年之外的恆星來說,視差法就變得毫無用處了。
為了弄清星雲的距離,哈勃起初採用某種類型近距離天體的已知強度(量度)為標准,來測量銀河系之外更微弱星系中的恆星的亮度。光學中的一個有用定律告訴我們,光的亮度與其距離的平方成反比。也就是說,如果我們已經知道兩顆恆星本身的亮度相同,那麼當一顆恆星距我們的距離是另一顆的二倍之時,它的亮度則要暗四倍。
為此,哈勃利用了他對近旁新星(突然強烈地亮起來然後又暗下去的恆星)和恆星團的知識,但是,他的最為准確的測量是利用一種叫「造父變星」的特種恆星取得的。1912年,哈佛大學的亨利埃塔.萊維特就指出,這類恆星定期地變亮,該周期與其真正的亮度高度相關。兩次最亮時期之間的間隔時間越長,造父變星就越明亮。這樣,在鄰近稱作小麥哲倫星雲中的造父變星的明亮周期和明亮程度,就為測量遙遠星系中的任何造父變星的實際亮度提供了工具,而不管這些造父變星表面亮度到底如何。一旦知道了其實際亮度,就可以採用倒數平方法計算出其距離來。
哈勃也向其它星系尋找造父變星。在仔細觀察這些星雲的時候,他還發現無數的恆星團和明亮的新星。他通過對它們亮度的測量(與較近的新星和恆星團的已知亮度相比),補充和證實了他對造父變星的測量。1924年,他發現到仙女座星雲(離銀河系最近的星系)的距離為900,000光年(大約為目前改進後的測量所顯示距離的一半)。
為弄清更遠星雲的距離,哈勃又提出兩個測量標准。超過100萬光年時,他利用有造父變星星雲中最亮的恆星與更遠星系中的最亮恆星進行比較;超過600萬光年時,他將整個星雲的總發光度作為他的測量標准。這就是使得他的望遠鏡可以測量到2.5億光年的范圍。
到1929年,哈勃已經確定了銀河系之外的24個星雲的距離。這主要得益於斯里弗的工作,這些星雲的紅移程度也已經為人所知。哈勃發現,盡管較近的恆星並不是在離我們遠去,但是遙遠的星系卻在離我們而去。而且,星系越遠其退去的速度也更快。事實上,他發現在距離和速度之間存在著精確的線性關系。距離遠兩倍的星系,其遠去的速度也會高兩倍。他公布這些結果時,即在科學界引起了軒然大波,並在宇宙學中激發起更多的深入研究。
當圍繞著他的發現還存在著激烈的爭論之時,哈勃已在努力完善他的方法了。與光譜學專家M.L.赫馬森一起,哈勃通過對星系的無數次測量為距離一速度之間的相關方程提供了明確證據,並發現他們所能測量到的最遠的星系(2.5億光年)正在以每秒2,600英里的速度後退。到1936年,哈勃已經探測到了他的100英寸望遠鏡所能達到的宇宙極限。
與此同時,其他天文學家所積累起來的證據連同更大望遠鏡和更新方法所提供的證據一起,表明哈勃低估了到星系的距離。但是,新的證據也證實了距離——速度之間的關系。由於注意到了更遠星系更高的速度(時間上和空間上的距離,因為我們所觀察到的是它們遙遠的過去),天文學家得知宇宙的膨脹不只是星系以穩定步伐後退的問題。在宇宙的早期階段,星系間相互離去的速度曾經更高,現在的宇宙膨脹實際上是從劇烈的初期擴張所延續下來的減速運動。這樣,現代科學所形成的一致意見是:宇宙不只是在膨脹而且是在爆炸!
B. 怎麼測量星球和星球之間的距離
具體如下: