人类知道宇宙的进化。

1人类认识宇宙的里程碑天文学是最古老的自然科学学科之一。人类对宇宙和地球在宇宙中的位置的正确认识经历了一个漫长的过程,这与历史上许多著名学者的辛勤工作密切相关——细致的观察和深入的理论研究。

从托勒密到哥白尼,早在公元前4世纪,古希腊哲学家亚里士多德就已经提出了“地心说”,即地球位于宇宙的中心。公元140年,古希腊天文学家托勒密出版了他的巨著《天文学》13卷,在总结前人工作的基础上,系统地建立了地心说。根据这一理论,地球是球形的,处于宇宙的中心,静止不动,其他天体围绕地球旋转。这一理论显然解释了太阳、月亮和星星每天从东方升起,从西方落下的现象,符合上帝创造了人类,地球必须在宇宙中占据至高无上地位的宗教教义,因此流传了1300多年。

早在2000年前,古希腊天文学家阿里斯塔克就提出了简单的“日心说”。他指出,太阳在宇宙中心是静止不动的,而地球绕着太阳转,同时绕着它的轴自转。遗憾的是,由于科学水平的限制,这位天才的思想并没有得到人们的认可。直到中世纪末期,人们才开始怀疑地心说的正确性,因为托勒密地心说计算出的行星位置与实际天文观测不符。1543年,波兰天文学家哥白尼在其不朽巨著《论天体运行》中系统地提出了日心说。在他的日心说体系中,太阳是宇宙的中心,地球和其他行星以圆形轨道围绕太阳运行。这样,托勒密地心说体系中用极其复杂的运动图像解释行星运动现象的复杂工作突然变得非常简单。后来,德国天文学家开普勒指出,行星围绕太阳的轨道应该是椭圆而不是圆,太阳位于椭圆的一个焦点上。这一重大发展使得观测结果可以用理论来解释和预测,日心说的地位得到进一步巩固。

根据日心说,就地球上的人而言,天空中星星的位置应该随着地球围绕太阳的运动而变化。在哥白尼提出日心说后的近300年里,人们进行了大量的观测,试图证明这一点,但始终没有成功。原来星星离地球很远,最近的一颗远到43万亿公里。所以地球绕太阳公转引起的这颗恒星的位置变化只有12.5。离恒星越远,这种变化越小,当时的观测仪器无法探测到。直到1838年,德国天文学家贝塞尔首次用三角学方法测量了一颗名为Swan 61的恒星的位置变化,计算出它的距离为11.2光年,从而最终证实了哥白尼的日心说。地球的地位已经从一个生活在宇宙中的特殊天体,降为一个围绕太阳运行的普通行星。3太阳不在宇宙中心1608。荷兰人利波尔赛偶然发明了望远镜。次年,意大利物理学家、天文学家伽利略得知这一消息后立即自己制造了第一台天文望远镜,并不断对其进行改进。伽利略用他的望远镜发现了陨石坑、金星的相位、木星的卫星和月球表面的太阳黑子,并发现浩瀚的银河系是由无数的恒星组成的。

早在15世纪中叶,德国大主教尼古拉就曾推测夜空中的星星是非常遥远的太阳。1584年,意大利人布鲁诺明确指出,宇宙是无限的,星星是遥远的太阳,太阳只是无数星星中的普通一员。1750年,英国天文学家莱特指出,银河系和所有观测到的恒星构成了一个巨大的扁平天体系统。因为太阳和地球都位于这个系统中,所以只能从不同的方向看到银河系和散落的星星。1785,英国德国天文学家威廉?6?1赫歇尔用的是他自制的46厘米望远镜,这是当时世界上最大的望远镜。通过长期的实际观察和仔细的分析研究,他建立了第一个银河系模型。在这个模型中,太阳仍然位于当时被称为宇宙的银河系的中心。因为当时赫歇尔的个人威望,这个观念一直保持了130多年。

“星”这个名字在中国和西欧都是“恒星”的意思。因为长期以来,人们发现恒星之间的位置是固定的,所以取了这样一个名字。1718年,英国天文学家哈雷通过观察和分析,首次指出恒星不动的概念是错误的。后来赫歇尔正确认识到,我们观测到的恒星运动是恒星自身运动和太阳空间运动综合的结果。1783年,他通过对大量观测到的恒星运动进行统计分析,发现太阳正以每秒20公里左右的速度向织女星方向运动。太阳空间运动的发现彻底动摇了哥白尼日心说中太阳是固定不变的观点。

1917年,美国天文学家沙普利证实了太阳并不位于银河系的中心,而是相对靠近银河系的边缘,从而修正了赫歇尔的银河系模型的错误。这样,太阳的位置也发生了变化,从银河系中心的一颗特殊恒星,变成了银河系中没有特殊位置的普通恒星,地球在宇宙中的位置就更不特殊了。银河系是否已经包含了宇宙的所有内容?

早在赫歇尔试图确定银河系的结构之前,人们就已经观察到天空中除了恒星之外还有一些微弱模糊的云状天体,并将其命名为“星云”。比如1612年,德国天文学家马里乌斯首次用望远镜发现了仙女座星云。1750年,莱特巧妙的猜测其中一些星云可能是类似银河系的巨型恒星系统。1755年,德国人康德第一次明确指出,在银河系的外层空间有无数个类似的天体系统,称为河外星系,或者简称星系,甚至仙女座星云就是一个很好的例子。但当时人们对星云的精细结构缺乏了解,更谈不上距离远近,因此无法做出判断。

虽然在赫歇尔时代之后,观测方法不断改进,物理学研究方法不断介入天文学,但直到20世纪初,关于星云的性质仍然没有明确的结论。在美国科学院1920年4月举行的“宇宙的尺度”话题的辩论上,以柯蒂斯为首的一方认为某些星云实际上是河外星系,而以沙普利为代表的另一方则坚持反对。这就是天文学发展史上著名的“夏普利-柯蒂斯之争”。辩论中双方的对立观点僵持不下,难分胜负。问题的关键在于精确测量星云的距离。

天文学家一直为确定不同天体之间的距离而不懈努力。除了三角测量之外,还发展了各种测光确定天体距离的方法,其中之一就是利用一颗具有特殊测光特性的变星——造父变星。原来造父变星光度的变化是很有规律的,光度越大,光变周期越长。因此,只要测量造父变星的光变周期,就可以计算出它的实际光度,然后通过实际光度与观测亮度的比较,就可以计算出它的距离。这种计算相当精确,所以造父变星被称为“天尺”。20世纪初,美国威尔逊山天文台建造了当时世界上最大口径的2.5米天文望远镜。1923 10 10月6日,美国天文学家哈勃用这台望远镜拍摄了仙女座星云的照片,其中星云的外缘已经分解成恒星。哈勃发现了许多这样的变星。利用这些造父变星,哈勃计算出仙女座星云的距离为225万光年,远远超出了银河系的范围。河外星系的存在最终被证实,仙女座星云应该改名为仙女座星云。一场旷日持久的科学争论终于有了结果。

赫歇尔的工作把人们的视野拓展到了银河系,哈勃的发现进一步把人们从恒星世界带到了星系世界,人类对宇宙的认识向前迈进了一步。我们地球在宇宙中没有什么特别的。地球不是上帝刻意安排的,人类自然也不是上帝创造的。然而,就是在这样一颗星球上,人类演绎了一段辉煌的文明史,终于对宇宙的概貌有了正确的认识。