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銀河系外還有宇宙|科學史上的今天:12/30

宇宙有多大?在望遠鏡發明之前,古人所能想像的宇宙就是太陽系。隨著望遠鏡的性能越來越強,人們才發現更多肉眼看不見的星星,也才發覺這些天體其實距離我們非常遙遠。然而即使到了二十世紀初,人們所持的仍是封閉的宇宙觀,只是規模擴大了些。當時普遍認為我們太陽系被天空所有的恆星和星雲包圍著,而這些天體全都屬於同一個星系──也就是銀河系。銀河系就是整個可觀測宇宙,在這之外一無所有。

亨麗愛塔.勒維特。圖/wikimpedia

因此,雖然早從十七世紀開始,就陸續有許多天文學家注意到仙女座星系 (Andromeda Galaxy) 類似氣體的雲霧,甚至拍到清晰的螺旋結構,大家仍以為它只是銀河系中一個正在形成類似太陽系的星雲,只有少數天文學家懷疑它是位於銀河系外的星系。

1924年的今天,美國天文學會在華盛頓特區召開一連三天的研討會。天文學家哈伯並未出席,但是最後一天有同事代他朗讀了一篇論文,正式宣告仙女座星系不在銀河系內,而是距離遙遠的另一個類似銀河系的星系。人類才終於開始了解我們所在的銀河系只是浩瀚宇宙中的一個小島,也就是所謂的「島宇宙」。

哈伯掌握到的關鍵證據在於仙女座星系中的一顆造父變星 (Cepheid) 。造父變星的亮度會週期性地改變,奇妙的是,越亮的變星,其亮度變化的週期越長。因此兩顆閃爍頻率一樣的造父變星,它們的絕對星等也應該相同;如果其中一顆看起來的亮度是另一顆的四倍,那麼按照平方比定律,較暗的那一顆的距離就是較亮那一顆的兩倍。哈伯就是因此估算出仙女座星系距離我們一百萬光年(目前的估計值是250萬光年)。

造父變星的亮度與變化週期之間的關係是勒維特 (Henrietta Leavitt, 1868-1921) 於1912年發現的。當時女性仍不被允許操作天文望遠鏡,頂多只能擔任計算員,負責繁複的計算工作。勒維特大學畢業後,自1893年起在哈佛大學的天文台工作,日復一日地檢視一大堆感光底片,記錄各種天體的亮度變化。也因為近二十年,幾萬小時的投入,她才能在那尚無電腦的年代,在大、小麥哲倫星雲的造父變星中發現這個規律。因為勒維特這個重大發現,哈伯才能確認仙女座星系的距離,也因此才徹底改變了人類對宇宙的認知。

1924年,瑞典科學院想提名她角逐諾貝爾獎,才得知她已罹癌身亡,永遠來不及授予她應有的榮耀了。

本文同時收錄於《科學史上的今天:歷史的瞬間,改變世界的起點》,由究竟出版社出版。

關於作者

張瑞棋

1987年清華大學工業工程系畢業,1992年取得美國西北大學工業工程碩士。自小喜愛科學新知,浮沉科技業近二十載後,退休賦閒在家,更成為重度閱讀者。當了中年大叔才成為泛科學專欄作者,著有《科學史上的今天》一書,如今又因翻譯《解事者》,而多了個譯者的身分。

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