科學專欄︰科學歷史特寫

變化中的宇宙認知

這段在天文方面有所成就的時期改變了人們對宇宙的看法！

作者︰Michael E. Bakich

從我們的祖先開始觀察天空起，在對宇宙的理解方面，我們已經走過了很長一段路。這段時間說明了在過去的幾千年里，我們對宇宙的看法發生了很多改變。

很久以前，地球被人們認為是靜止不動的。人們認為天空和天上的星星在我們的頭上慢慢轉動，移動的天體（太陽、月亮和行星）與上帝有關。因為這些天體都是在他們所屬的星座中相對固定的運動，所以那些星空圖更為重要。約公元前5000年的佔星術是第一個使行星間的影響形式化的，被稱作bibbu或野山羊（wild goats），因為它們看起來像騰躍並穿過星座。晚些時候，希臘人把這個路徑叫做太陽、月亮和跟隨著zodiakos kyklos的星星，或叫“動物圈”即黃道帶。

公元前2500年，“史前巨石陣”, 一個在英格蘭南部建造的環狀石制工程被用于天文學的研究。

這個半身像象征著希臘哲學家亞里士多德。——莫斯科的達爾文自然博物館。

公元前350年，希臘哲學家亞里士多德發展了地心說。亞里士多德不是地心說的創造者，但他從一個錯誤的途徑概括的說明了它。他認為行星由四個元素組成︰土、水、空氣和火。天體都存在于第五元素“以太”中。

公元前240年，阿斯旺地區的天文學家埃拉托西尼測出了地球的赤道周長。他得出的結果大約為25000英里，他測出如此精確的數據僅憑借基礎幾何學。

公元前140年，比托勒密更出名的天文學家Claudius Ptolemaeus把亞里士多德的學說運用到工作理論中，他從數學上創立了一個圓繞著其它圓旋轉的復雜系統來解釋行星的運動。

1543年，尼古拉斯•哥白尼的《De Revolutionibus Orbium Coelestium》（天體運行論）出版了。這本書認為太陽是太陽系的中心，而不是地球。

1610年，伽利略用望遠鏡觀測木星的四顆衛星。這些衛星繞木星的軌道而行，不是地球的軌道，證明了地心說的錯誤。許多懷疑論者不相信，卻又拒絕通過伽利略的望遠鏡觀測。

1687年，隨著艾薩克•牛頓的萬有引力定律的創立，進入了被稱作“近代天文學”的時代。天體的位置能精確的定義和預測。

威廉•赫瑟爾于1781年發現天王星。——皇家天文協會

1781年，英國天文學家威廉•赫瑟爾發現天王星，加深了人們對太陽系的認識。赫瑟爾最初認為他發現的天體是彗星，但其他天文學家仔細研究的結果表明，那是一顆有著固定運行軌跡的行星。

1782年5月赫瑟爾對北部星空的一千個星雲進行了詳細觀測，這些星體中的固定方向運行的特性——特別是他不能解決的——對赫瑟爾來說是未知的。

1846年，發現海王星，使人們對太陽系大小的認識擴大了50%。海王星的發現是天文學理論的勝利，牛頓地心引力學說起了重要作用。這顆行星的位置同時被兩個天文學家計算出來，他們是Urbain LeVerrier和John Couch Adams。

19世紀80年代，天文學家們開始爭論星雲是銀河系的一部分還是距銀河系較遠。這場爭論持續到1912年，當亨利埃塔•李維特在小麥哲倫星雲中發現25個造父變星（用于確定精確距離的星座，銀河系中的一個衛星群），這使得天文學家們同意建立並校準先前恆星的“距離階梯”。因為一個造父變星的變化周期與它的發光度（恆星的真實亮度）有直接關系，天文學家能夠測量它的周期，並與亮度比較，從而算出它的距離。

1920年，Harlow Shapley和Heber D.Curtis對一個問題給出了兩種不同答案，這個問題是︰“螺旋狀星雲對它們自己來說是在銀河內部還是外部”Shapley認為星雲是一種在銀河系內部的雲，Curtis的觀點與之相反，認為在外部，規律類似但距離很遠。當天文學家Edwin Hubble在仙女星座發現造父變星後，這場爭論以Curtis的勝出而結束。計算出螺旋狀星雲與銀河系的距離甚至比Hubble預測的最遠距離還要遠很多。

1963年，發現第一個類星體，類星體名字（quasar）的詞干出自“類似恆星的無線電來源（quasi-stellar radio source）”。那時，類星體是被觀測到的最遠的天體，但看起來不可能很小。它們涌出相當于1000個星系的能量，但僅僅是一個一般星系大小的0.1%。類星體使我們觀測宇宙的距離伸展到10億光年，現在我們又發現了10倍遠的類星體。

1965年，在貝爾實驗室，當Arno Penzias和Robert Wilson試圖消除無線聲波探測器的噪音時，它們發現了宇宙創造的剩余溫度——3K宇宙微波背景輻射。它們的發現是對Georges Lemaitre第一次提出的宇宙大爆炸理論的有力證明。

19世紀80年代，一個新的觀點——膨脹理論，開始被天文學家們逐漸接受。這個理論認為宇宙只是大爆炸後的一個小碎片，在經歷大爆炸後以令人難以置信的速度膨脹，然後減速膨脹，就是我們現在看到的。

1998年，天文學家在對遠距離和近距離的超新星研究時發現，不僅宇宙將永遠膨脹下去，而且它的膨脹正在加速。

現在，天文學家相信重子物質（可見的物質）僅僅佔宇宙中所有物質的0.5%。其余部分是暗物質（約三分之一）和暗能量（約三分之二）。要了解更多關于暗物質和暗能量的信息，請閱讀2003年11月將出版的天文學讀物《Absurd Universe》。（譯者︰神速劍客專為本站提供）