Question

哪位科学家证实银河是由无数恒星构成的？

Answer 1

1924年11月23日，美国天文学家哈勃在报纸撰文指出，仙女座星系并非位于银河系，而在其他星系，并且宇宙中存在众多星系。这是人类第一次证实河外星系的存在。那么，你知道天文学家是怎样证实河外星系的存在的吗？一起来听听专家怎么说吧！成语“天外有天”，常用以描述人的认识或能力总是有限的，而认识事物的过程却是无限的。在天文学上，“天”可以理解为“宇宙”，天文学即研究宇宙和天体的自然科学学科。人类对宇宙的认识过程已有数千年的历史，其间有三个最重要的里程碑式事件：1543年波兰天文学家哥白尼提出日心说，1785年英国天文学家威廉·赫歇尔建立第一个银河系模型，以及1923年美国天文学家哈勃发现河外星系的存在。在哥白尼时代，人们心目中的宇宙只限于太阳系，范围仅为几十天文单位，对太阳系外的恒星世界则不甚了解。赫歇尔把视野拓展到太阳系外，确认了由众多恒星构成的银河系的存在，尺度约10万光年。那么，银河系之外的宇宙又如何呢？在赫歇尔尝试确定银河系结构之前，17世纪中叶，已有人注意到夜空中除了点状的恒星外，还可看到一些外形颇不规则的云雾状暗天体，并取名为星云。自然哲学家开始自问：“银河是否已构成了整个宇宙？”在当时显然没人能给以正确的回答。图片来源网络对事物的认识总会有一个过程。1750年英国人赖特猜想，有些星云可能是银河系般的庞大恒星系统。1755年德国哲学家康德更明确提出，银河系外存在无数个与银河系类似的恒星系统（后人称之为河外星系或星系），并明确指出，早先发现的仙女星云就是这样的河外星系。赖特和康德的观念也许可称之为天才的猜想，但并无科学证据。那时，天文学家对星云的本质缺乏了解，更不知道它们在银河系之内，还是位于银河系之外。银河系及其近邻星系赫歇尔试图通过实测来寻找答案。这位科学大师认为，如果经望远镜的放大后，星云能分解成一颗颗恒星，那么所观测的星云就是星系，否则，星云便是银河系内的云团。然而，观测结果表明，一些星云确实能被分解为恒星，但也有不少星云在望远镜视场内仍是模糊一团，这使赫歇尔深感迷惑不解。赫歇尔这样的大科学家，拥有当时世界上最大的望远镜，尚无法判断，同时代的其他人，就更无所适从了。实际上，赫歇尔的思路并非完全正确，因为那时的所谓“星云”包含了三类性质迥异的天体：银河系内的气体尘埃星云、银河系内的星团，以及河外星系。赫歇尔的望远镜能分辨为恒星的“星云”，只是星团。而银河系内的气体尘埃星云，或者是河外星系，都是当时的望远镜无法分辨的。此后的100多年内，关于“星云”的本质仍无明确的定论。1920年4月，美国科学院为此举办了一次“宇宙的尺度”专题辩论会。会上，持对立观点的两位著名天文学家柯蒂斯和沙普利各抒己见，相持不下，最终也未能得出明确的结论性意见。问题的关键在于如何测定“星云”的距离：若观测的“星云”同我们的距离远大于银河系的尺度，且又可分解为恒星，河外星系的存在便可得以肯定，否则“星云”便是银河系内的天体。图片来源网络天文学是一门观测科学，天文学的发展史也就是它的主要观测设备——望远镜的发展史。望远镜口径越大，越能看到更暗的天体，分辨率也越高。为此，人们不断追求建造更大的望远镜。随着大口径望远镜的面世，最终证实河外星系存在的时机历史性地落在了哈勃的身上。1917年，美国建成当时世界上最大的2.54米口径反射望远镜。1923年10月5日，哈勃用这架望远镜观测了仙女星云。在高分辨率照片上，仙女星云的外缘被分解成一颗颗恒星。哈勃在其中辨认出了一些造父变星。这些造父变星离我们的距离是可以测定的。经过仔细的核对和计算，哈勃据此推知仙女星云的距离约为100万光年（现代结果为240万光年）。尽管当时对银河系尺度还未取得一致的认识，但据各种估算它的大小不会超过30万光年。因此，仙女星云远在银河系之外，无疑是一个河外星系，故应更名为“仙女星系”。这一年，哈勃才34岁。哈勃的成就并非一朝一夕之功，他早年就对“星云”表现出极大兴趣，做了许多细致的工作。他大胆地把“星云”分为“银河星云”和“非银河星云”两类，但对自己观点的表述颇为谨慎，还提醒别人不要轻易把“非银河星云”理解为它们就处于银河系之外。直到测出仙女星系的距离后，哈勃才确认了河外星系的存在。今天，人们已确知宇宙中存在着上千亿个星系，它们是宇宙物质结构形态的基本单元。对星系的研究已成为天文学的一个重要分支—星系天文学。 来源：科普中国

Answer 2

在印度，流传着一句古老的梵文诗：“Sarva dishanaam，suryaha，suryaha，suryaha”，翻译过来就是“夜空中啊，处处是太阳”。这个看似荒诞的句子，却让不少现代天文学家吃惊不已， 因为这表明古代印度人很可能认识到太阳也是一颗恒星。 为什么说白天的太阳和夜晚的星星是同一类天体呢？这还真不是个简单的问题。 认识恒星 古人常常把日、月、星并列，《三字经》里就有：“三光者，日月星”。日为太阳，月为太阴，那么星星是什么呢？古希腊哲学家阿那克西曼德（约公元前610—前545年）认为，在大地之外包围着一片火焰，星星就是天球上的洞，火光从这里透了进来。亚里士多德认为星星是由纯净的第五元素（有书上记作以太或精质）构成的，镶嵌在遥远的透明水晶球上。中世纪的著名学者塞维利亚的伊西多尔（约560-636年），相信是太阳照亮了星星。文艺复兴时期， 意大利哲学家和科学家乔尔丹诺·布鲁诺于1584年提出，如果从遥远的距离上观察，太阳和其他恒星并没有什么区别，太阳也不过就是一颗星星，而夜空中的每一颗星星都是遥远距离上的“太阳”。 但是在缺乏进一步观测手段的年代，要搞清楚这个问题实在是太困难了。人们提出的只能是一些假说，他们最有力的论据，或许不过就是恒星和太阳都在发光这一点而已。1609年，望远镜的发明极大地扩展了人类的视野。1610年，伽利略发现银河是由无数颗恒星组成的。随后天文学家们注意到了行星的视圆面以及金星和水星的相位变化，而恒星无论在多大的望远镜里看来都只是一个小点儿。 这表明恒星离我们极为遥远，它们应该是自发光的，就像太阳一样。 到了牛顿时代，科学和理性达到前所未有的高度，“水晶球”模型已被摈弃。他在《宇宙体系》（《自然哲学之数学原理》第三编的初稿）中提出，如果（注意是如果）天狼星与太阳的物理性质相似，那么通过比较二者的亮度，可以知道它的距离比太阳远100万倍。荷兰天文学家惠更斯进行了实验，得出天狼星距离地球至少达27664天文单位。到了1667年，恒星就是太阳的同类这一观点已经基本成为共识。法国神父、天文学家布里亚奥就曾通过类比太阳的自转和黑子，来解释某些恒星的亮度变化。 1780年代，恒星天文学之父—— 英国天文学家威廉·赫歇尔第一次对银河系里的恒星进行了计数观测，数出了11万多颗星，并绘制了 历史 上第一幅银河系结构图。 尽管他错误地把太阳放在了银河系的中心，但他的工作让人们看到，太阳的确只不过是银河系里的一颗恒星而已。 光谱立功，验明正身 就像亲子鉴定要做DNA一样，要确定星星和太阳的关系，最坚实的证据也来自于“化验”。天文学家们化验的是恒星的星光，它能告诉我们恒星的组成。 早在17世纪，牛顿就通过三棱镜将阳光分解，发现它是由不同颜色的光组成的。1814年，德国物理学家约瑟夫·夫琅禾费通过光谱测量发现，阳光中除了包含不同颜色的连续光，还存在很窄的暗条纹。后来人们知道这些暗线都是恒星大气中的特定元素吸收了相应波长的光而形成的，实际上是原子的“吸收线”，可以唯一地标识元素的“身份”。 观测表明宇宙中许许多多的恒星都具有和太阳类似的光谱，它们确实是太阳的同类。 光谱能告诉我们很多信息，例如恒星的运行速度、化学组成、表面重力加速度等，其中一个重要信息是恒星表面的有效温度。 1910年代，赫茨普龙和罗素分别独立地发现，恒星的表面温度和它们的固有亮度（称为光度）有着对应关系，从而提出了赫罗图。赫罗图清楚地显示了恒星具有不同的类型，而且可以标记出一颗恒星从诞生、成长再到死亡的演化过程，大大推动了恒星物理学的研究。 1920年代，天体物理学家建立了恒星的内部结构模型，破解了恒星能量来源的奥秘。原来绝大多数恒星的内部在进行由氢聚变为氦的核反应，为它们提供了能量。例如在太阳的核心，每秒钟要燃烧掉6亿吨氢，其中大约0.7%的质量转化为了能量。这一能量是极其巨大的， 如果都汇聚到地球上，只需要6秒钟就能把海水全部蒸发，3分钟就可以融化整个地壳！ 所以尽管最近的恒星也远在4.2光年以外，它们的星光仍然能为我们所见。如果像伊西多尔所说是太阳照亮了星星，那么全天第一亮星——天狼星的亮度将最多只有现在的千万万亿分之一，超出10米口径望远镜的探测极限100亿倍！绝不可能用肉眼看到。 恒星内部结构和恒星演化模型，是20世纪天文学上最成功的理论之一，是人类认识宇宙的伟大突破。现在我们知道，夜空中那些闪闪发光的恒星，就是一颗颗太阳。它们有近有远，有大有小，可以根据光谱分为不同的类型，但都是通过中心的核聚变反应而发光。