前情提要: 大辯論時代,兩派互不相讓,各自描繪了不同的銀河系面貌。對銀河系的尺度、旋渦狀星云的本質(zhì)這些問題的爭論,把人們對銀河系的認識推到了一個前所未有的高度。200年 來,伴隨著一部分錯誤和偏見,困擾我們的最終的秘密即將揭開。

美國密蘇里州的小城馬什菲爾德(Marshfield)即使在今天,也只有6000多人口居住。 一個保險經(jīng)紀人的家里誕生了一個男孩子,起名為埃德溫(Edwin)。在這個孩子11歲的時 候,全家搬到了伊利諾伊州生活。埃德溫活潑好動,表現(xiàn)出了極高的運動才能。不過他的拼 寫課要差的多,就像今天國內(nèi)的很多小學生一樣喜愛體育課卻害怕語文老師的聽寫。高中時 代,埃德溫在田徑運動會上得過三個第一和一個第三,甚至在跳高項目中打破了州紀錄。埃 德溫的父親希望他能學習自然科學,按照父親的愿望,他進入芝加哥大學學習數(shù)學和天文 學。本科畢業(yè)之后到英國的牛津大學讀研究生。但埃德溫卻選擇了法學專業(yè)取得了碩士學 位。父親去世了,他只能回到家鄉(xiāng)照顧母親和兄弟姐妹的生活。為此,這位有著巨大潛力的 年輕人在24歲的時候進入一家中學當老師,同時兼任學校的籃球教練。
這就是哈勃,天文學界的一代宗師,在家庭生活終于穩(wěn)定下來之后才重新回來 芝加哥大學攻讀博士學位。1919年,哈勃在威爾遜山天文臺(Wilson Mountain Observatory)找到一份工作。他可以使用當時世界上最大的望遠鏡——口徑2.5米的胡克 (Hooker)望遠鏡繼續(xù)他博士期間的工作。哈勃利用這臺望遠鏡,在幾個漩渦星云中辨認 出了造父變星。造父變星的特殊性質(zhì),可以讓我們精準地確定它們的距離。因此,這幾個包 含了造父變星的漩渦星系的距離,也就可以被確定。這個距離比我們過去想象的要大得多, 無論我們相信卡普坦的小銀河系,還是傾向沙普利的大銀河系,這些漩渦星系的距離都遠遠 超過了銀河系的尺寸,成為貨真價實的河外天體。因此,這些旋渦星云,都是與我們的銀河 系類似的漩渦星系。哈勃利用5年的觀測,徹底終結(jié)了這場爭論,從概念上,讓我們的視野 深入到了銀河系以外的廣闊空間,讓我們再次確定,我們的銀河系不是宇宙的中心,而是萬 千星系中的一個普通成員。
那么,卡普坦和沙普利等人,都錯在了什么地方呢?為什么在赫歇爾和后來的卡普坦 的銀河系面貌里,我們自身恰好處在銀河系的中心?為什么沙普利會堅信銀河系與河外星系 是本質(zhì)上不同的系統(tǒng)?這些錯誤的出現(xiàn),源于他們共同地忽略了一個新的概念——星際消光 (interstellar extinxtion)。星際空間,并不是絕對的真空。恒星和恒星之間的“空間”里,充 斥著99%的氣體和1%塵埃。塵埃和氣體的典型的密度是每立方厘米1個原子。平均來說,在 一個正常的空間里,在塵埃和氣體相對致密一點的方向上,1千秒差距(1kpc = 3260光年) 的距離上的星際介質(zhì)(interstellar medium,ISM)大約會造成恒星的亮度下降1個星等。
也就是說,我們并不是透過純凈的夜空在看到遙遠的星光,我們和星光之間隔著霧氣。出于這 樣的原因,我們觀測到的所有的星光,都被或多或少的低估了。它們的真實亮度要比我們看 到的更亮,它們的真實距離要比我們看到的更遠。在赫歇爾的銀河系里,那個不規(guī)則的分 叉,就是由于存在著大量的消光物質(zhì),使得那個方向的星光被大大地衰減了。不同的方向 上,被衰減的星光不完全相同,最終的效果是:在我們看來,所有的星都包圍著我們,最遙 遠的那些星距離我們差不多,我們處在中央的位置上。