互动科普

他超过了其他任何人，因为他决定了天文学家目前对拥有众多星系的膨胀宇宙的认识进程。

在本世纪二十年代和三十年代期间，Edwin Powell Hubble（埃德温·鲍威尔·哈勃）比伽里略之后的任何一位天文学家都要更深刻地改变了对宇宙的科学认识。很象伽里略将地球从太阳系中心排除一样，哈勃证明了，银河系并不是独一无二的，它仅仅是数不清的无数星系（即“岛宇宙”）中的一个。哈勃的研究还有助于用整个宇宙正在膨胀这一惊人的观点来取代静止宇宙的看法，这是伽里略的大胆（即使不足凭信的话）断言“它仍在运动”的根本延伸。尽管有许多研究人员也对这些革命性的发现作出了贡献，但是哈勃旺盛的干劲、敏锐的才智以及反应快的交换意见的技巧使他抓住了宇宙的结构问题并使其成为他自己的特有发现。

哈勃早年就已是一个神话般的人物，这部分是因为他希望成为一位英雄，部分是因为他的妻子Grace 在她日记中记述的那些有关他的浪漫形象。因此有关哈勃的许多报道与其真实情况很少有关。例如，他的传记作者就常常提到他是具有职业水平的拳击手，可是还没有任何证据来支持这一声称。同样，那个常常被人们重复的故事说他在第一次世界大战服役期间曾负过伤似乎也毫无事实根据。

即使没有这些艺术加工，哈勃的一生也充满着一个美国人成功经历的竞争。哈勃的家1833年定居于密苏里州，当时埃德温的曾祖父骑着马从弗吉尼亚州迁到现在的布恩县。埃德温的袓父和父亲（John P. Hubble）都是辛勤工作、相当富裕的保险代理商。他的母亲，Virginia Lee James Hubble是Miles Stan- dish的第九代直系后裔。Grace Hubble用特征的感情洋溢的语言如此描述她丈夫的先辈：“高大、英俊、强壮、他们的身体遗传特征都传给了他，甚至被阳光晒黑的明亮、光滑的皮肤，以及微带淡金色闪光的褐色头发也传给了他。他们还将其传统：正直、作为公民的忠诚、对家庭的忠诚……以及坚定地依靠自己的努力传下来了。”

埃德温1889年11月20日生于密苏里州马什菲尔德，他是存活下来的七个孩子中的第三个。1898年哈勃一家搬到伊利诺斯州的埃文斯顿，两年后又搬到惠顿，在那儿埃德温表现出学业上和体育上的茁壮才能。他在惠顿中学成为一名优秀运动员，特别是在田径队中。在这几年间，埃德温在他的班上一直名列前茅。在16岁那年，他进入芝加哥大学学习，在大学里他继续表现出这两方面的天才。他在数学、化 学、物理、天文和语言课上都取得了高分。尽管他比他的大多数同班同学要小两岁，但是他还是在田径和篮球方面当上了选手。

毕业以后，哈勃获得了罗兹奖学金。即使到那时，他还远不清楚他最终将把他那广博的才能引向何方。当哈勃1910年10月来到牛津大学女王学院“深造”时，他“读”（学习）的是法律；他的父亲和祖父都希望他能成为一名律师。在完成了两年的课程取得“第二等优等成绩”之后，他于第三年转换攻读西班牙语。他仍然积极参加体肓运动。

埃德温成为享有三年罗兹奖学金的学生之后又重新回到他的家，以后他的家搬到肯塔基州，他在路易斯维尔宣称已取得了律师资格并已开始做律师。按照哈勃的朋友 Nicholas U.Mayall的说法，他是“为了天文学才放弃律师行业的，而且我知道即使我是二流或三流人物，天文学也是很重要的。”然而，目前还没有哈勃通过律师资格考试或其律师实践的有关记载。相反，在这段时间里他的确在与路易斯维尔仅隔着一条俄亥俄河的印地安纳州新奥尔巴尼中学教书和训练篮球队。

由于对律师行业不感兴趣并且对他的教师生活不满意，哈勃还是决定回到其真正的爱好天文学上去。1914年春哈勃写信给他在芝加哥大学的天文学教授Forest Ray Moulton（摩尔顿），询问有无可能作为一名研究生回去。摩尔顿热情地将他推荐给Edwin B.Frost （富洛斯特），他是威斯康星州威廉斯贝的叶凯士天文台台长，而该天文台有研究生的招生计划。

富洛斯特很高兴接受哈勃成为一名研究生并且给他提供了足够学费和生活费用的奖学金。美国天文学会订于1914年8月在靠近埃文斯顿的西北大学开会；富洛斯特建议让哈勃及时赶到北方参加这次会议。而正是在哈勃出席这次会议时，洛韦尔天文台的一位文静、谦虚的天文学家Vesto M. Slipher（斯里 弗）以他关于星云的最新研究成果引起了一场争论。

“星云”是天文学家几百年来用于表示与彗星不同，但在位置和外貌上又不发生变化的暗弱云状天体的一个共通术语。这类天体的性质不易得到解释。1755年Immanuel Kant（康德）曾提出某些星云可能是所谓的岛宇宙一一也即像我们银河系那样的恒星自持系统。这一点激发起许多科学家的想象但是不易得到证实。

在十九世纪期间，改进了的望远镜观测结果表明许多星云确实是由发光气体云块构成的。值得注意的是一类旋涡形星云看上去明显与其它星云不同。到二十世纪初期，许多天文学家终于相信旋涡星云的确是由许多恒星组成的遥远星系；持怀疑态度的人仍然认为这类天体是近邻的结构，可能是在其形成过程中还处于初期阶段的恒星。

在1914年的天文学会会议上，斯里弗亲自展示了旋涡星云光谱的第一批曝光很好并且校准得也很好的照片。这些照片显示出当这种星云的光波分裂成它的组成彩虹之后的情况。恒星的光谱含有称为吸收线的暗线，它们是由恒星大气中的原子捕获的辐射所引起的。斯里弗指出旋涡星云的光谱显示出恒星集合体所特征的这类吸收线光谱。

而且，斯里弗还发现这种星云的吸收线波长同它们在实验室显示的波长相比发生了显著的偏移。波长的这种变化，即多普勒频移，是由发出光的天体朝向或背离地球的运动所引起的。多普勒频移表明斯里费观测到的这种旋涡星云比银河系内恒星的典型运动要快得多，因而更加强了这种旋涡星云并不是银河系一部分的证据。

当哈勃到达叶凯士天文台时，他发现这是一个从事常规研究的濒临没落的研究机构。但哈勃还是无畏地朝他所确定的方向前进。或许是受到斯里费观点的启发，他开始使用天文台里一台未充分使用的24英寸反射望远镜来从事拍摄星云的有诱惑力的计划。这项研究后来成为他的博士论文，“暗弱星云的照象研究”，这篇论文还包含着他后来从事有关星系和宇宙学研究的预示。

哈勃对众多的同弥漫气体云不相似的小型暗弱星云进行了描述和分类，并指出这些星云中的大多数不是旋涡状的而是椭圆状的。他强调指出暗弱星云的分布避开了天空靠近银河的部分并且它们中的许多看来是团集在一起的。哈勃对他的思维方向深信不疑。“推测它们是位于恒星之外的，或许我们就看到了星系团；如果假设它们位于银河系之内，则它的性质就变成了一个谜，”他写到。哈勃的论文在使用术语上是轻率的而且在理论想法上是混乱的，但是它淸楚地表明：一双伟大的科学家的手正在暗中摸索，指向一个具有深远意义的问题的解决。

1916年10月，哈勃与加州帕萨迪纳的威尔逊山天文台台长George Ellery Hale（海尔）通信。海耳当时正在为即将完工的威尔逊山上的100英寸反射望远镜到处物色工作人员。海耳给哈勃提供了一个职位以完成其博士学位的工作为条件。哈勃希望于下一年的六月获得博士学位然后在威尔逊山谋求一个职位。

这些计划由于1917年4月6曰美国参加第一次世界大战而被全部放弃了。哈勃这位从前的罗兹奖学金获得者对大不列颠怀有深厚的情结，他下定决心，爰国义务比科学研究更为重要。5月15日，刚好在他接受学位之后的第三天，他就报到服役并开始作为一名军官的训练历程。

哈勃在军事环境中飞黄腾达。他升任营长，然后又是第86师“黑鹰”师的一名少校。1918年9月，该师乘船开赴欧洲，但哈勃深为遗憾的是，他还未参战，停战日就已来到了。他向富洛斯特说了以下几句概括其军事生涯的话：“我仍然是一名少校。我勉强控制住了怒火，总的来说（原文为“altogather”，本文作者加注“原文如此”），就这次战争而论我很失望。但这一章结束了，另一章开始了。”

哈勃于1919年8月20日退伍，然后他直接回到威尔逊山。他刚好在一个适宜的时间来到了。威尔逊山天文台那时正拥有两台巨型反射望远镜，一台60英寸的，一台新的100英寸的，后者是当时世界上最大的。哈勃在叶凯士天文台的研究工作已教会了他如何有效地使用这台望远镜，而且他的博士研究工作已给予了他的研究工作一个确定的方向。

Milton L. Humason（哈马逊）在晚一些时间里曾在哈勃关于遥远宇宙的研究工作中同哈勃合作过，他淸楚地回忆起哈勃在威尔逊山的第一次观测时段的情况：“根据我们威尔逊山的标准来看，夜间被认为是极端乏味的，但哈勃将他的底片显影后回来时他是兴高采烈的。‘如果这是一个乏味的观测环境的例子，’他说道，‘我将总是能用威尔逊山的仪器得出可使用的照片。’他在那一夜晚所表现出的信心和热情，在他解决其所有难题的途径中都是很典型的。他对自己有信心，一一对他自己要做的事情有信心，并对怎样去干有信心。”

哈勃迅速回到“非银河星云”的性质这一问题，“非银河星云”是指的这样一些星云，它的“成员趋向于离开银道面并集中于高银纬区”。那时，他尚未完全接受“非银河星云”是位于银河系之外的星系的这一看法。他集中精力于不规则天体NGC6822（“NGC”指的是J. L. E. Dreyer的星云新总表）来开始他对非银河星云的详细研究。到1923年，他使用100英寸望远镜发现了若干小的星云和NGC6822内的12 个变星。

这一努力于1924年受到了快乐的中断。当时哈勃同寡妇Grace Burke Leib结婚，她的第一个丈夫死于1921年煤矿中的一次事故。Grace于1920年到威尔逊山的一次旅游中同哈勃邂逅相遇，从那以后在她的一生中她都把他当偶像崇拜。若干年之后，她忆起对埃德温的使之激动的第一个印象，他威严、高大、强壮、漂亮，具有Praxiteles（公元前4世纪的希腊雕塑家——校注）的海尔梅斯神像那样的双肩.以及慈样的平静。

新婚伉丽在卡梅尔和欧洲度蜜月。然后，哈勃回到帕萨迪纳，在那里他将其注意力转向M31，即著名的仙女星系。依靠他很敏锐的观测技巧和巨型100英寸望远镜的不可比拟的能力，哈勃设法在M31中清楚地分辨出六颗变星，根据哈勃的意见，这一成就毫不含糊地证实了M31是由恒星组成的遥远系统，而且含蓄地证实了其它更暗弱的旋涡星云是还要遥远的星系。

尽管哈勃发现的最亮的恒星在其最大亮度时只有大约十八星等——比肉眼可见的最暗的恒星还要暗60000倍，但是他还是设法对其亮度进行了83次测定，这在当时来说是给人深刻印象的伟绩。他根据这些数据确定该恒星的亮度起伏具有称为造父变星的一类恒星所特有的方式。造父变星有着巨大的意义，因为它的变化周期直接与其绝对光度有关。将此光度与哈勃对恒星视亮度的观测结构相比较，他就可以推导出该恒星及其所在星系的距离。

精力过人的哈勃，很快接连不断地有所发现。到1924年末，他已在M31和M33（三角座的一个旋涡星系）中证认出若干另外的造父变星。他寄发了一篇叙述他的成果的论文给美国天文学会和美国科学发展协会联合在哥伦比亚特区华盛顿召开的会议，在那里卓越的天文学家Henry Norris Russell（罗素）于1925年1月1日阅读了只给他的论文。哈勃推断出M31和M33都有大约93万光年远，远远超出了已知的银河系的范围。用美国天文学会秘书Joel Stebbins（斯特宾斯）的话来说，哈勃终于在“证实所谓的岛宇宙理论”方面取得了成功。

与哈勃研究工作的快速进展成为对照的是，他发表他的研究成果却是慢吞吞的，在交付印刷之前总是对要发表的成果尽量作到确实可靠。第一篇论文发表于1925年晚期，它含有哈勃对旋涡星云中变星的研究成果。基于对NGC6822中造父变星的观测结果，它宣称NGC6822是“肯定位于银河系之外的第一个天体”。哈勃的划时代的文章，“作为一个恒星系统的旋涡星云”发表于1926年，这篇论文提出 了M33也是位于银河系之外很远的一个星系。直到1929年，哈勃才在其研究工作的这一阶段中埋头致力于一篇论文，这篇长文最终全面详细地概括了他对M31的距离和该星系中恒星组成的研究成果。

除了确定“河外星云”的距离之外，哈勃还力图将它们分类并将其结构上的多样性加以综合。始于1923年，根据他所理解的演化模式，他将这些星云排列成序。哈勃论证道：随着椭圆星云的变老，它就形成扩大和展开的旋臂。为了解释棒旋星系的存在（在棒旋星系中各旋臂从一个棒状结构中伸展开），哈勃提出：椭圆星系或者演化成正常旋涡星系或者演化成棒旋星系。他所得出的双叉分类图目前仍在广泛使用，尽管去掉了它的演化含义。

哈勃给现代科学留下的最为惊人的遗产是，他的研究工作证明了我们生活在—个膨胀宇宙中，这一现象的线索还在哈勃与此问题打交道之前很久就已开始暴露出来了。在20世纪一十年代期间斯里弗就已指出他所观测到的星系中大多数似乎正在远离太阳而运动着。

到 1924年，一个由三位天文学家组成的小组——德国的Carl W. Wirtz（维尔茨），瑞典的Knut E.Lundmark和美国的Ludwik W.Silberstein——已收集了特别小的，因而推测是很遥远的旋涡星云较之近邻星云正在更快地离银河系退行的证据。但他们的数据是勉强够格的，而且Silberstein的爱争论的作风和轻率的断言实际上妨碍了对膨胀宇宙概念的接受。

显然，要取得更进一步的进展需要有一台更大的望远镜：威尔逊山上的100英寸望远镜对这一任务来说是很理想的。在20世纪二十年代中期，哈勃忙于测定旋涡星系中恒星的亮度，所以他谋求了他的同事哈马逊的帮助来测定星系的视向速度——也即是它们朝向或离开观测者的运动。哈马逊通过测量星系光谱中发射线和吸收线的位移来计算视向运动。当天体退行时，它的光向光谱的红端移动，就产生一个称为红移的位移。

为了寻找膨胀宇宙的迹象，哈勃不仅需要知道星系运动的速度， 而且还需要知道这些星系距我们有多远。哈勃对宇宙距离测定的熟悉，大大有助于这方面的工作。通过观测造父变星哈勃已测定出少数星系的距离，对这些星系中的每一个他又得出了最亮恒星和星系整体的平均绝对星等。然后他根据这些结果外推以测定比M31和M33远得多的星系的距离。

哈勃有关速度-距离关系的第一篇论文发表于1929年，该文在整个天文学界引起了轰动。他所描述的这些发现已成为大爆炸理论基础的一部分，而大爆炸理论又加固了现代宇宙学的基础。在哈勃的这篇论文中，他强调了他所使用的“仅仅是那些被认为是可靠的星云（星系）的距离”，这与先前的某些研究者成为对照。该文将哈勃的距离计算值同斯里弗、哈马逊等所收集的视向速度的精确测定值结合起来了。

根据这些数据，哈勃得出了速度和距离的线性关系，在现代表示法中写作v=Hd。遥远星系的退行速度正比于它的距离这一表述现在称之为哈勃定律，常数H就称为哈勃常。哈勃定律意味着宇宙是膨胀着的：当人们从宇宙内任何一点向外逐渐远看时，速度看来是在增 加。

在1931年和1936年之间，哈勃和哈马逊将红移定律扩展到愈来愈大的距离。哈勃立即领悟到，他的发现支持了膨胀宇宙概念，但他决不完全接受红移仅仅是由星系的视向运动所引起的。他始终坚持根据红移值所推算出的运动应该看作是“视速度”。

哈勃计算出H——目前理解为宇宙的膨胀率一一为大约每兆秒差距（一兆秒差距大约等于三百万光年）每秒500公里。回顾起来，该哈勃常数值是太大了。天文学家们今天认为哈勃常数值在每兆秒差距每秒50到100公里之间。哈勃计算值的误差之出现主要是由于他严重低估了他所观测的星系中最亮恒星的绝对星等。然而，这是辉煌壮丽的第一次努力。

在哈勃研究了红移定律之后，他将其研究工作集中于观测宇宙学方面。尤其是他试图测量极端遥远星系的视密度是如何随距离而变化的，其目的是要确定宇宙的总的几何形状。他同加州理工学院的物理学家Richard C. Tolman和Howard P. Robertson合作，后两位在研究空间曲率的理论模型方面处于领先地位。在这项工作中，哈勃未能成功。这主要是由于在准确测量模糊不清的遥远星系的亮度方面存在困难。

尽管哈勃的晚期工作绝对比不上他在20世纪二十年代和三十年代初期所作出的惊人发现，但还是继续强烈偏向天文研究的这一方向并继续使这一研究为公众更好地了解。他所著的两部书《星云世界》和《用观测手段探索宇宙学问题》鼓舞了一代的年轻天文学家和物理学家。没有一位读过哈勃的书或听过他的演讲的人不对之留下深刻的印象。他使人非相信不可的个性似乎不象其他天文学家的个性而象后来成为他生命晚期的朋友的电影明星和作家的个性。哈勃常常着英式服装、表情和举止风度。这是知道他的米苏里背景的同事觉得不令人信服但有助于产生惹人注目的突出形象的习惯。

在推进观测宇宙学边界的努力中，哈勃帮助组织了位于加州帕洛马山上的200英寸海耳望远镜的建造工作。第二次世界大战的爆发推迟了该望远镜的建造；在日本偷袭珍珠港之后不久，哈勃参加了位于马里兰州阿伯丁美国陆军导弹研究实验室的工作。在那里他利用他的 早期天文学技术来指导炮弹轨迹的计算。200英寸望远镜终于在1948年开始投入使用。哈勃继续他在帕洛马山的研究工作，直到他63岁去世时为止，他死于1953年9月28 日的一次雷击。

哈勃死后，哈马逊，然后是 Rudolph L.Minkowski（闵可夫斯基）使用200英寸望远镜来检测更加遥远的、迅速退行的星系。Walter Baade（巴德）重新标定了造父变星的周期-光度关系，并发现所有哈勃测定的星系距离尽管看起来很巨大但还是需要乘以2。哈勃从前的研究生Alan Sandage（桑德奇）同其他无数的研究人员一起，继续对哈勃常数的值加以精确化。哈勃后继者的成功工作继续作为意味深长的礼物贡献给使哈勃得以改变现代宇宙学方向的创新思维和无限精力。