A. 怎样测量恒星到我们的距离
最精确的方法是通过三角视差法,即借助地球轨道相反一侧上的两个点来测量近旁恒星的位置。通过观察两次测量之间极小的角度变化,就可计算出其距离来。天文学家们对最近恒星距离我们的距离深感惊奇。事实上,银河系中的1000亿颗恒星中只有很小一部分处在该方法的测量范围之内——对500光年之外的恒星来说,视差法就变得毫无用处了。
为了弄清星云的距离,哈勃起初采用某种类型近距离天体的已知强度(量度)为标准,来测量银河系之外更微弱星系中的恒星的亮度。光学中的一个有用定律告诉我们,光的亮度与其距离的平方成反比。也就是说,如果我们已经知道两颗恒星本身的亮度相同,那么当一颗恒星距我们的距离是另一颗的二倍之时,它的亮度则要暗四倍。
为此,哈勃利用了他对近旁新星(突然强烈地亮起来然后又暗下去的恒星)和恒星团的知识,但是,他的最为准确的测量是利用一种叫“造父变星”的特种恒星取得的。1912年,哈佛大学的亨利埃塔.莱维特就指出,这类恒星定期地变亮,该周期与其真正的亮度高度相关。两次最亮时期之间的间隔时间越长,造父变星就越明亮。这样,在邻近称作小麦哲伦星云中的造父变星的明亮周期和明亮程度,就为测量遥远星系中的任何造父变星的实际亮度提供了工具,而不管这些造父变星表面亮度到底如何。一旦知道了其实际亮度,就可以采用倒数平方法计算出其距离来。
哈勃也向其它星系寻找造父变星。在仔细观察这些星云的时候,他还发现无数的恒星团和明亮的新星。他通过对它们亮度的测量(与较近的新星和恒星团的已知亮度相比),补充和证实了他对造父变星的测量。1924年,他发现到仙女座星云(离银河系最近的星系)的距离为900,000光年(大约为目前改进后的测量所显示距离的一半)。
为弄清更远星云的距离,哈勃又提出两个测量标准。超过100万光年时,他利用有造父变星星云中最亮的恒星与更远星系中的最亮恒星进行比较;超过600万光年时,他将整个星云的总发光度作为他的测量标准。这就是使得他的望远镜可以测量到2.5亿光年的范围。
到1929年,哈勃已经确定了银河系之外的24个星云的距离。这主要得益于斯里弗的工作,这些星云的红移程度也已经为人所知。哈勃发现,尽管较近的恒星并不是在离我们远去,但是遥远的星系却在离我们而去。而且,星系越远其退去的速度也更快。事实上,他发现在距离和速度之间存在着精确的线性关系。距离远两倍的星系,其远去的速度也会高两倍。他公布这些结果时,即在科学界引起了轩然大波,并在宇宙学中激发起更多的深入研究。
当围绕着他的发现还存在着激烈的争论之时,哈勃已在努力完善他的方法了。与光谱学专家M.L.赫马森一起,哈勃通过对星系的无数次测量为距离一速度之间的相关方程提供了明确证据,并发现他们所能测量到的最远的星系(2.5亿光年)正在以每秒2,600英里的速度后退。到1936年,哈勃已经探测到了他的100英寸望远镜所能达到的宇宙极限。
与此同时,其他天文学家所积累起来的证据连同更大望远镜和更新方法所提供的证据一起,表明哈勃低估了到星系的距离。但是,新的证据也证实了距离——速度之间的关系。由于注意到了更远星系更高的速度(时间上和空间上的距离,因为我们所观察到的是它们遥远的过去),天文学家得知宇宙的膨胀不只是星系以稳定步伐后退的问题。在宇宙的早期阶段,星系间相互离去的速度曾经更高,现在的宇宙膨胀实际上是从剧烈的初期扩张所延续下来的减速运动。这样,现代科学所形成的一致意见是:宇宙不只是在膨胀而且是在爆炸!
B. 怎么测量星球和星球之间的距离
具体如下: