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從哈伯的雙眼,窺探神秘遙遠的宇宙

哈伯太空望遠鏡揭露了宇宙美麗、神秘、雄壯的模樣,過去將近30年的歲月裡,哈伯望遠鏡不斷貢獻出許多重大的天文資訊,讓科學家得以瞥見天體更細緻的樣貌,窺探更深遠的宇宙。這座望遠鏡就是以20世紀最有影響力的觀測天文學家哈伯(Edwin Powell Hubble)為名,就像哈伯透過他敏銳的雙眼,徹底翻轉了人類對於宇宙的理解。
 
 
1889年11月20日為著名天文學家Edwin Powell Hubble誕辰
▲1889年11月20日為著名天文學家Edwin Powell Hubble誕辰
 
一提到哈伯,人們可能會立即聯想到哈伯太空望遠鏡,它揭露了宇宙美麗、神秘、雄壯的模樣。過去將近30年的歲月裡,哈伯望遠鏡不斷貢獻出許多重大的天文資訊,讓科學家得以瞥見天體更細緻的樣貌,窺探更深遠的宇宙。這座望遠鏡就是以20世紀最有影響力的觀測天文學家哈伯(Edwin Powell Hubble)為名,就像哈伯透過他敏銳的雙眼,徹底翻轉了人類對於宇宙的理解。
 

八歲一瞥星空 種下太空夢

 
哈伯對天文學的喜愛從小就開始,在他8歲生日前夕,祖父秀給他自己製作的望遠鏡,鏡頭內夜空中的閃閃星點就那麼緊緊地抓住了哈伯的心,他寧可放棄慶祝八歲生日的派對,只為了能整個夜晚都凝視那絢麗的星空。這個追求廣闊宇宙的夢想就一直伴隨著哈伯長大。
 
16歲時,哈伯獲得獎學金進入芝加哥大學主修天文和物理。他不但學業成績優異,而且還是運動高手;他加入了籃球校隊,同時也是重量級拳擊手,甚至在田徑場上還打破了伊利諾州的跳高紀錄。十項全能的哈伯因此獲選為第一屆的羅德學者(Rhodes Scholar),持著世界最負盛名的羅德獎學金跨越大西洋來到牛津大學,雖然他順從父親的意願攻讀法律,但卻未能忘懷心底那個偉大的宇宙之夢。
 
有一次在給母親的家書中,他流露出心中的意念,信中寫到:「令人喜悅的工作一定要朝向偉大的目的,那目的是如此偉大。對它的朝夕夢想、殷殷期盼可以克服所有對勞苦的怨念。要是我找到那志向,我可以為它,撇下一切並全力奉獻我的人生。」他內心中那偉大的志向就是天文。
 
從戰場回到天文台 哈伯用虎克望遠鏡撼動人類
 
回到美國1年後,他又到芝加哥大學攻讀天文學,並在3年後拿到了博士學位。一畢業,哈伯就被邀請到威爾森天文台(Wilson Observatory)工作。只是好景不常,當時美國參與了第一次世界大戰,哈伯就被徵召上歐洲戰場,一年後才得以回到天文台。令他驚喜的是,當時全世界最大的望遠鏡﹣口徑為100英吋(2.54公尺)的虎克望遠鏡,正等待著他。隨後的幾十年中,哈伯用這架望遠鏡不斷地撼動人們對宇宙的理解。
 
1923年10月5到6日的夜晚,哈伯用那100英吋的虎克望遠鏡拍攝到H335H的影像,H335H是Hooker plate 335 by Hubble的縮寫。原先哈伯是將周圍的造父變星視為新星(nova),因此標註為「N」。後來他發覺這其實是顆變星,故用紅筆改寫下「VAR!」。
 
哈伯拍攝H335H的影像。(圖/Carnegie Observatories)
▲哈伯拍攝H335H的影像。(圖/Carnegie Observatories)
 

哈伯發現造父變星——證明宇宙還有其他星系

 
在1920年舉行的世紀天文大辯論(the Great Debate),兩派科學家激烈的爭論著星雲的本質,以及這問題背後的意義,亦即宇宙的尺度只有銀河系這麼大,或是在我們的銀河系外頭還有其他星系的存在。但這些爭論其實都可歸因於當時沒有關鍵性的證據可以辨識宇宙的尺度。直到1923年,哈伯在仙女座大星系(M31)懸臂上發現了造父變星,他利用勒維特(Henrietta Swan Leavitt)歸納出的周光關係,決定出仙女座大星系的距離,才發現仙女座大星系與銀河系距離遠遠超出銀河系的大小。換句話說,仙女座大星系必然位於銀河系之外,因此證實了宇宙還存在有其他的星系。
 
除此,哈伯還透過他拿手的測距工具來研究更遠的星系,在這些不甚完美的數據中,哈伯憑著慧眼識出了星系遠離的速度與它們和地球的距離成正比,遂提出著名的哈伯—勒梅特定律(Hubble-Lemaître law)。哈伯—勒梅特定律已成為現代宇宙學十分重要的基石之一,其中,定律裡的哈伯常數可以用來計算宇宙膨脹的速率以及宇宙的年齡。
 
雖然早在1927年,比利時天文學家——勒梅特(George Lemaître)就已經用法文發表了相關的論文,但直到哈伯於1929年發表他的論文後,才將這項研究成果更發揚光大。在弗里德曼(Alexander Friedmann)、勒梅特、哈伯等人先後的努力下,他們的新思潮徹底擊碎當時的主流科學家所認定的靜態宇宙觀,即便是最有影響力的愛因斯坦也在1930年代初放棄了靜態宇宙的想法。
 
在這嶄新的科學時代,哈伯成為先鋒帶領著人們脫離原本狹隘、靜態的宇宙觀,窺見更深層的宇宙,來到廣袤、膨脹的宇宙伸展台上。
 
參考資料
1. Hubble's Famous M31 VAR! plate
2. Edwin Hubble
3. Meet Edwin Hubble in a Hubble 25th Anniversary Video
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