在任何一個世代,當新、舊觀念衝突激盪時,總有卓越的代表人物挺身而出,為一己的信念奮戰,不論誰輸誰贏,都加速了新舊觀念與風雲人物的交替。這次世紀大辯論的兩位要角,都是當代天文學術界菁英中的菁英,站在時代的前緣,為古老與新奇的衝突概念辯護。一位是謝普利(Harlow Shapley),當時才從哈佛大學取得博士學位的年輕天文學家,他的崛起富有傳奇色彩。另一位寇帝斯(Heber D. Curtis),是素有聲望的天文學家,他的功成名就屬於典型的學術界傳統。
即使在古希臘時代,也有學者認為地球是繞太陽運行的星球,例如沙摩斯的阿里斯塔吉(Aristarchus of Samos),但都不受重視。直到歐洲文藝復興時期,哥白尼在1543年出版《天演論》提倡「太陽中心說」,才逐漸改變這局面。這時,已有許多觀測證據顯示地球不是宇宙的中心,其中最重要的是伽利略用望遠鏡發現木星被4個衛星環繞。這4個衛星並不是環繞地球,與「地球中心說」衝突,顯示宇宙可以有其他的中心。很快地,太陽中心說成為主流。
到了19世紀,愛爾蘭的威廉‧柏森(William Parsons,受封為羅斯爵士,the Earl of Rosse)在1845年完成一具直徑6英尺的反射式望遠鏡,它的外觀像個巨炮,是當時世界上最大的望遠鏡。他用這具望遠鏡看到一些旋渦狀的星雲,例如位於仙女座的大星雲M31、獵犬座的M51都是明顯的渦狀星雲。這些渦狀星雲到底是什麼呢?是宇宙間的星雲嗎?還是其他東西呢?眾說紛云,莫衷一是。
從1906年開始,荷蘭天文學家凱普庭(Jacobus Cornelius Kapteyn, 1851-1922)推動一個國際合作的大計畫(The Plan of Selected Areas),全球有超過40個天文臺參加。他選擇了206個天區,每個天區視野是一度見方,彼此相隔15度,均勻分布在整個北天,其中46個位在銀河盤面,希望獲得這些天區裡恆星的星等、自行、視差、光譜與徑向速度。
樊馬納(Adriaan Van Maanen)在威爾遜山工作,也是謝普利的朋友,他在1910年至1920年間比對相隔數年的渦狀雲影像,嘗試測量渦狀雲的內在運動,他認為測量到了渦狀雲的轉動速率。謝普利認為如果渦狀雲真的如寇帝斯他們所說的那麼遠,則這些渦狀雲會十分巨大,它們的轉動速度會是不可思議的快,甚至超過光速,這並不合理。謝普利認為這些渦狀雲的距離必須夠近,它們的轉速才會落在物理學可以接受的合理範圍內。後來證實,樊馬納的測量不夠精準,他實際上並沒有測量到渦狀雲的轉動現象。
世紀大辯論
美國國家科學院(National Academy of Sciences,相當於我國的中央研究院)為了這兩個舉世注目的重要問題,在1920年4月26日舉辦了一場公開的辯論。主講者分別是兩派的代表謝普利與寇帝斯,地點先在美國華盛頓特區的國家歷史博物館的主廳,然後在美國國家博物館。多數與會者是國家科學院會員(相當於我國的中央研究院院士),包含了一些當代傑出的天文學家。