天文史上的今天：宇宙有多大？ 紀念98年前的一場偉大辯論

天文史上的今天：宇宙有多大？ 紀念98年前的一場偉大辯論

2018-04-26 星空早知道 星空早知道

如果覺得有收穫，請轉發分享，一起分享天文樂趣 1920年4月26日，在美國史密松自然歷史博物館舉行了一場著名的辯論，就宇宙的尺度問題進行了探討。

這場辯論的結果深刻影響了我們對於宇宙的認識，天文史學界將其稱作「大辯論」（Great Debate）。

哈勃超深場圖像。這裡的每一個亮點都是一個星系。為了得到這個認識，我們在中間走了很長很長的路

來源：NASA 「宇宙彷彿大海，星系便是散落其中的島嶼。」 1920年4月26日，在美國史密松自然歷史博物館舉行了一場著名的辯論，這場辯論的結果深刻影響了我們對於宇宙的認識，也因此在天文學歷史上佔有重要地位，天文史學界將其稱作「大辯論」（Great Debate）。

這場辯論的雙方分別是美國著名天文學家，時任哈佛大學天文台台長的哈羅·沙普利（Harlow Shapley，1885 –1972）以及當時在美國匹茲堡大學任職的另一位美國天文學家赫爾伯·柯蒂斯（Heber Curtis，1872~1942），因此有時候也將這場辯論稱作「沙普利-柯蒂斯辯論」。

哈羅·沙普利

來源：wiki 這場辯論舉辦的背景是當時在主流天文學界，天文學家們對於宇宙的範圍存在嚴重觀點分歧，因此在美國科學院的協調下，雙方的代表人物進行一場公開，公正，接受同行評估的學術大辯論，以探求最終的真相。

在辯論舉行之前和之後一段時間 ，雙方均公開發表一系列正式的學術論文，為自己的論點提供證據支持，並接受同行評議。而在辯論現場，雙方也主要就幾個問題進行了辯論，主要圍繞當時所謂的「漩渦星雲」（spiral nebulae）的本質問題，以及宇宙的尺度問題展開。

辯論的另一方：柯蒂斯

來源：wiki 沙普利相信望遠鏡中觀測到的那些模糊不清的「星雲」應該相對較小，位於銀河系內部；而柯蒂斯不同意這種觀點，他認為那些所謂的「星雲」實際上是獨立的星系，它們非常巨大，但是距離非常遙遠。 主要觀點與依據沙普利一方的主要觀點是認為銀河系基本就是可觀測宇宙的全部。他相信當時望遠鏡中觀測到的那些被稱作「漩渦星雲」的模糊天體，比如說仙女座星雲實際上都是位於銀河系內部的。他的證據是：如果仙女座星雲不是銀河系內部的，那麼它的距離就要在10的8次方光年以上，這是無法想像的距離——當時的很多天文學家也同意這樣的觀點。

當時的另一位天文學家，學術權威之一的艾德琳·曼恩（Adriaan van Maane）也站出來支持沙普利的觀點，並提供了一項觀測證據，他宣稱自己觀測到了風車星系的轉動。如果風車星系的確是一個非常遙遠的星系，而且可以在幾年的時間尺度下被觀察到轉動現象，那麼它的實際轉動速度將極為驚人，甚至超過光速，而這是不可能的，因此只有一種可能性，那就是類似風車星系這樣的模糊不清的天體，實際上距離不可能那麼遠。

風車星系，編號Messier 101 或 NGC 5457，距離地球2100萬光年

來源：NASA 沙普利還有另外一個證據，那就是對仙女座大星雲內部新星爆發的觀測，他注意到有時候爆發的一個新星，其亮度甚至會超過整個大星雲的亮度。如果仙女座大星雲實際上是一個獨立的星系，也就是仙女座大星系的話，那麼這種一顆星的亮度蓋過整個星系的事情，其釋放的能量之巨大是無法想像的，甚至是不可能的。

對於沙普利的觀點，柯蒂斯提出了不同的看法，他堅信，包括所謂仙女座大星雲在內，那些被認為是「星雲」的模糊天體，實際上都是獨立於銀河系之外的其他星系，類似18世紀的德國哲學家康德所說的「宇宙島」概念。

星系NGC4526附近發生的一次超新星爆發（左下角），亮度超過了其所在星系

來源：NASA 柯蒂斯提出的反駁證據包括，他發現仙女座星系中的新星數量要比銀河系中更多。他指出，如果仙女座星系真的是銀河系的一小部分，那如何解釋這一部分發生新星現象的頻率和數量要高於銀河系的其他部分？要想對這個問題給出合理解釋，只能假定仙女座星系時一個與銀河系類似的獨立的星系，因此它有自己的，不同於銀河系的星系年齡和新星產生率。

柯蒂斯還注意到，那些遙遠的所謂「漩渦星雲」有些能在側向上觀察到暗帶，這與我們在銀河系觀測到的塵埃帶是類似的。

紫外波段拍攝的仙女座大星系

來源：wiki 後續關於曼恩的證據，同行們很快就發現這是有問題的，實際上風車星系的轉動在人一輩子的時間裡是無法被察覺到的。

主要得益於另一位著名的天文學家艾德溫·哈勃（Edwin Hubble）所作的工作，到今天我們已經非常清楚銀河系遠不是可觀測宇宙的全部，而是大約2000億~2萬億個星系中普通的一個。

那麼多星系，其中有多少顆恆星呢？有一種形象的比喻：宇宙中恆星的數量比地球上全部沙子的數量加在一起還要多。一直到1920年大辯論舉行的時候，我們仍然遠遠，遠遠，遠遠地低估了宇宙的龐大程度。從這一點上說，柯蒂斯的觀點是正確的。

銀河系，我們現在知道這是一個棒旋星系，注意看，銀河系中心有一根棒狀結構

來源：NASA 另外，天文學家們後來意識到，沙普利在仙女座星系中觀察到的「新星」現象，實際上是一次「超新星」爆發，這種由於大質量恆星死亡時刻所產生的劇烈爆發現象，瞬間的亮度的確是可以蓋過整個星系的，只是當時對這一現象的認識還尚未深入。

而在其他方面，雙方的觀點與我們今天所了解的真實情況都有所差異，比如銀河系的真實大小其實大概是介於沙普利和柯蒂斯當時所估算尺度的中間。但柯蒂斯當時認為太陽位於銀河系的中心位置，而沙普利則認為太陽並非銀河系的中心位置，而是偏於一側。從這一點上說，沙普利是正確的。

地球附近的大尺度宇宙結構。我們隊宇宙的認識還在深入過程中。目前看，宇宙似乎存在宏觀結構，星系或是星系團依附在類似蛛網狀的結構之上，分布其中

來源：NASA 人類對於宇宙的認識，其實就是一條加深對自身了解的道路，也是一個不斷「自我貶低」的過程，所以很多時候我們都走得很艱難，因為要做「自我否定」，承認我們是渺小的，不起眼的，這是非常困難的事情。

曾經，我們以為我們是宇宙的中心，承蒙上帝的特別眷顧；

可是後來，我們發現我們其實只是圍繞太陽轉動的一塊大石頭上的一群小生物；

那至少太陽系是宇宙的中心吧？不，太陽只是銀河係數千億顆恆星中普通的一顆。

阿波羅計劃宇航員拍攝的地球

來源：NASA 那麼，銀河系是宇宙的中心吧？也不是，銀河系只是數以千億甚至萬億計的無數星系中普通的一個；

或許，宇宙根本不在乎我們，沒有人在乎我們。

認識到這一點很重要，因為這有很大概率是事實。或許這也是98年前的今天，那場辯論帶給我們的思考吧。

編者按：

《天文史上的今天》欄目是老嚴的一次個人歷險，試圖通過堅持365天，完整記錄一年中每一個日子在人類漫長的天文歷史中留下的印記。

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