《星空的琴弦：13揭秘银河》歌词

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[00:00:04] 欢迎收听科学有故事

[00:00:09] 比科学故事更重要的是科学

[00:00:35] 大家好

[00:00:36] 我们又在空中见面了

[00:00:38] 这次让大家等的时间有点长

[00:00:41] 今天继续给大家讲仰望星空

[00:00:44] 天文学史话上一讲我们说到了这个herschel

[00:00:48] 为了证实太阳带着地球朝某一个方向运动就想到了路灯效应

[00:00:55] 于是呢

[00:00:56] 他就开始小心的求证

[00:00:58] 不过这事儿哪有这么容易呢

[00:01:01] He Xi er 必须收集到足够多的恒星自行资料

[00:01:06] 我们现在不知道赫希尔到底花了多长时间来观测和收集恒星的自行资料

[00:01:13] 但我想这个时间一定不会很少

[00:01:16] 因为恒星的自行是非常非常难以觉察的

[00:01:20] 尽管和希尔拥有当时世界上最好的天文望远镜

[00:01:24] 可是他的观测精度与恒星的自行相比呢

[00:01:28] 又是小得可怜

[00:01:30] 因此

[00:01:31] 仅仅靠天文观测很难得到足够的恒心执行资料

[00:01:37] 必须得把过去一代又一代天文学家编制的新表拿出来仔细的分析分析逐一去研究恒星的自行运动才有可能分析出这些恒星运动的规律

[00:01:52] 随着这个herschel 的研究逐步的深入下去

[00:01:56] 他果然发现天空中的恒星确实存在着路灯效应

[00:02:01] 而且该效应的发射点越来越明确的指向了武仙座方向

[00:02:07] 到了178 3年赫希尔就像天文学界正式宣布太阳正朝着武仙座方向运动

[00:02:17] 不过呢

[00:02:18] 当时他却遭到了比较大的质疑

[00:02:21] 因为限于当时的观测水平和谐的证据呢

[00:02:25] 显然是不够充分的一直要到半个世纪后

[00:02:29] 另外一个天文学家叫阿哥

[00:02:31] 朗德尔一下子拿出了390 颗恒星的自行数据明白

[00:02:37] 无疑地证实了赫歇尔的结论

[00:02:40] 于是太阳的本动才得到了举世公认这个本栋就是本来的本运动的动

[00:02:48] 那这也是太阳中心学说瓦解的导火索之一

[00:02:53] 呃

[00:02:53] 我之前说了科学有两个重要的发现太阳的本栋是其中的一个重要发现

[00:03:00] 另外一个重大发现

[00:03:01] 就是星云

[00:03:03] 当然这个名称在今天看来已经是名不副实了

[00:03:07] 因为现在我们都知道星云其实并不是云

[00:03:11] 不过呢

[00:03:12] 当年赫歇尔第一次在望远镜中看到他们时

[00:03:15] 他是真的以为这些是宇宙中的云是一种就是发光气体

[00:03:21] 那么

[00:03:21] 自从他有了这个发现后他突然就对星云开始着了迷到他去世的时候

[00:03:28] 他就已经发现了2500 多个星云

[00:03:31] 并且呢一一都记录在案

[00:03:34] 呃

[00:03:34] 比较可惜的是限于和希尔的望远镜口径

[00:03:38] 他无法对星云的形状结构做出进一步的深入发现

[00:03:44] 这个世界就热切地期待着更大的望远镜

[00:03:48] 但更大的望远镜就意味着一笔巨大的金钱投入天文学界急需一位妇人的参与

[00:03:55] 还得是那种狂热的

[00:03:57] 并且舍得花钱的富人

[00:03:59] 好在我们这个世界很大

[00:04:01] 什么样的人都会诞生出来

[00:04:04] 这个有钱人居然就在最恰当的时机出现了老赫歇尔去世的那一年

[00:04:11] 也就是182 2年在美丽的爱尔兰的帕森成今天呢

[00:04:16] 叫做比尔城堡庄园有一位22 岁的伯爵公子迷上了天文学

[00:04:24] 他们家可是大户人家相当于中国古代的地主吧

[00:04:28] 非常的有钱

[00:04:29] 这位公子哥呢

[00:04:30] 就狂热地爱上了望远镜

[00:04:33] 等到他老爸去世后

[00:04:34] 他成为了第三代罗斯伯爵时

[00:04:37] 他对望远镜的热爱

[00:04:39] 那是有增无减与贺锡尔一样

[00:04:42] 他热衷于制造越来越大的望远镜

[00:04:46] 巧的是呢

[00:04:47] 他老婆恰恰就是一位天才的铁器工艺师可以帮助他一起来设计制造大望远镜

[00:04:55] 到他45 岁那年

[00:04:57] 他就建成了当时世界上最大的一门望远镜

[00:05:01] 它的口径达到了整整1 .8 米

[00:05:04] 从远处看

[00:05:05] 简直就像一尊超级大炮

[00:05:07] 啊

[00:05:07] 我把至尊大炮的图片也放在了本期节目的封面中

[00:05:11] 大家可以看一下啊

[00:05:13] 那么这口望远镜在此后的整整72 年当中没有人能够超越

[00:05:19] 即便是放到今天单单就口径而言

[00:05:22] 他依然比今天中国最大的光学望远镜的口径还要大可以排入世界的前十名

[00:05:29] 我说的是今天还能够排入世界的前十名啊

[00:05:32] 你想想那可是在169 年之前

[00:05:36] 那么有了这件神器罗斯伯爵就能够看到当时世界上无人能看到的宇宙景观

[00:05:44] 只可惜这位伯爵老爷似乎制造望远镜的能力要远远大于它天文观测的能力

[00:05:51] 他能被后世记住的成就仅仅是绘制了一幅星云的素描像

[00:05:57] 这幅素描像画的是猎犬座旋涡星系M 51

[00:06:04] 不过罗斯伯爵这唯一的成就

[00:06:06] 在我看来却意义非常重大

[00:06:09] 因为它是人类首次看清了星云的具体结构星云的这个结构呢

[00:06:15] 在罗斯伯爵的笔下是如此的复杂

[00:06:18] 精细

[00:06:19] 以至于让天文学家们就开始怀疑他们根本不是宇宙中的气体云

[00:06:25] 而是某种天体或者天体的组合

[00:06:29] 罗斯伯爵绘制的这幅星云图啊

[00:06:31] 确实是非常的生动

[00:06:33] 而且精致

[00:06:35] 你如果把它和现代太空天文望远镜拍摄的照片放在一起的话

[00:06:40] 你会像我一样惊叹于这幅素描的准确

[00:06:45] 那么我把罗斯伯爵的这幅素描还有M 51 的这个什差的星云图也都从网上给他搜了出来

[00:06:53] 我放在了本期节目的封面中

[00:06:55] 你点开以后呢

[00:06:56] 滑动就可以看到

[00:06:58] 但是记得要先把那个弹幕给他勾掉啊

[00:07:01] 正是罗斯伯爵的惊世杰作就激发了许多天文学家对星云的探索兴趣

[00:07:08] 而星云则成为了几十年后人类拓展宇宙观的关键之关键

[00:07:16] 我们今天的人类已经知道了银河系是一个巨大的漩涡星系

[00:07:23] 如果我们能够从银河系的正面俯视过去的话

[00:07:27] 那么我们会看到银河系就像一个巨大的漩涡

[00:07:32] 当然了

[00:07:33] 任何银河系的正面图像

[00:07:35] 其实都是画出来的

[00:07:37] 不能不可能是实拍的

[00:07:39] 因为我们自己就身处在这个巨大的漩涡中

[00:07:42] 我们大概是处在银河系第三旋臂的一个边缘地带

[00:07:47] 当然就不可能能够时拍到银河系的正面全身照我们只能拍摄到银河系的侧身照

[00:07:55] 不过我想告诉你的是今天的人类能够得到这样的一副银河系的正确图像并不是一帆风顺的

[00:08:04] 中间才走过了许多的弯路也引起过非常大的争论

[00:08:10] 让我把这个过程或者说这个故事给你简单的讲一讲

[00:08:16] 1906 年全世界各地的天文学家都收到了一封来自荷兰天文学家卡普坦的倡议信

[00:08:24] 这封信的大致内容是建议全世界的天文学家联合起来用赫歇尔的分天区的办法再数一次星星卡普坦呢

[00:08:35] 就从天空中随机选出了206 个天区

[00:08:39] 然后他希望全世界所有的天文学家帮他一起来数一数这206 个天区当中

[00:08:45] 所有的恒星的亮度视差位置视向速度等等

[00:08:51] 把这些参数呢

[00:08:52] 全部都给他记录下来

[00:08:54] 然后汇总到卡普坦这里来

[00:08:57] 那么

[00:08:58] 卡普坦的目的是什么呢

[00:08:59] 他就是要把赫歇尔的工作推向一个更深入更广阔的一个范围

[00:09:05] 定量地勾勒出银河系的结构和形状

[00:09:10] 卡普坦的这个倡议得到了当时相当多的天文学家的热烈响应

[00:09:16] 虽然很不巧就1914 年爆发了第一次世界大战

[00:09:20] 可是即便如此

[00:09:22] 在这许多年当中依然有大量的数据源源不断地流向卡普坦终于到了192 2年的时候

[00:09:30] 卡普坦向天文学界宣布

[00:09:33] 她用统计分析的方法画出了银河系的形状

[00:09:37] 他画出来的银河系是什么样的一个形状呢

[00:09:40] 是这样子的银河系是一个直径5500 0光年

[00:09:46] 厚度达到1100 0光年的透镜形状

[00:09:50] 太阳就位于银河系的中心附近

[00:09:54] 距太阳越远恒星的数目就越少

[00:09:58] 这个结果和我们今天知道的银河系的大小相差了一半左右

[00:10:03] 也就是卡普坦的这个银河系还要小一半左右

[00:10:07] 那是因为卡普坦他没有考虑到星际消光的影响

[00:10:11] 不过呢

[00:10:12] 他的这个结果已经比那个和希尔给出的结果要大上了九倍之多

[00:10:17] 这个呢

[00:10:18] 就是在天文学史上赫赫有名的卡普坦宇宙

[00:10:23] 不过

[00:10:24] 从卡普坦的研究方法上

[00:10:26] 我们就能看出一些缺陷他用的是全世界各地的天文学家的数据

[00:10:32] 这些数据的准确性到底有多高呢

[00:10:35] 精度是否都一致呢

[00:10:37] 这些根本性的问题

[00:10:39] 必然导致卡普坦的结论是不够牢靠的

[00:10:43] 就在卡普坦最新与统计汇总数据勾勒银河系形状的那些年

[00:10:49] 在美国加州据洛杉矶32 公里的威尔逊山上一个巨大的工程项目正在悄悄地进行着

[00:10:59] 有着浓郁维多利亚时代风格的圆顶主建筑让人一看就知道那是一个天文台在圆顶的下面是一个雄伟壮观的巨型支架

[00:11:10] 在这个支架的上面江支起一架全世界最大的光学望远镜

[00:11:17] 191 7年口径达到了2 .5 米的胡克望远镜在威尔逊山天文台安装完成

[00:11:25] 终于把占据了72 年世界第一宝座的罗斯伯爵的望远镜给比了下去

[00:11:32] 这座天文台在今后的5 0多年中将迎来一位又一位的天文学巨星做出一个又一个世人瞩目的伟大成就

[00:11:44] 沙普利正是这个传奇天文台迎来的第一批天文学家之一

[00:11:50] 他感兴趣的方向是天空中另一种有趣而神秘的天体

[00:11:57] 这种天体称之为球状星团

[00:12:01] 球状星团是怎么回事呢

[00:12:04] 是这样子的啊

[00:12:05] 在夜空中有一些恒星

[00:12:07] 在肉眼和小型天文望远镜中你看上去不会有任何的差异

[00:12:13] 可是呢

[00:12:13] 一旦用大型天猫眼镜对准他们你就会发现他们的真面目会让观测者大吃一惊

[00:12:20] 这些看上去像单个的恒星其实是有几万甚至几十万颗恒星聚集在一起

[00:12:28] 你想象一下这个是不是真的很有趣

[00:12:31] 肉眼中看上去是一颗星星小小的这么一个点

[00:12:36] 但是你用大型望远镜这么一放大

[00:12:38] 你就会发现这一个点里头甚至要包含几十万颗恒星啊

[00:12:44] 这个是不是听上去挺有趣的沙普利呢

[00:12:47] 就是对这种球状星团着了迷

[00:12:50] 他在对93 个球状星团认真地观测统计后发现一个有趣的现象

[00:12:57] 这93 个球状星团的分布很不均匀

[00:13:01] 并不是沿着当时认为的银河聚集在一起

[00:13:05] 有一些球状星团离得还非常远

[00:13:08] 比这个更加有趣的事呢

[00:13:10] 他们中的1/3 居然都集中在子站天空2 %面积的人马座以内

[00:13:18] 沙普利从这个现象中得出的思考是这样的

[00:13:21] 如果说太阳是在银河系的中心的话

[00:13:25] 那么球状星团相对于迎新的分布就是不对称的了

[00:13:30] 他觉得这个结论啊

[00:13:32] 怎么看都不太对劲

[00:13:35] 那么如果要让球状星团相对于莹星是对称分布的那只能让太阳不在银河系的中心了

[00:13:44] 于是呢

[00:13:45] 他就画了一个银河系的草图在这幅图中太阳的位置是在偏离迎新的边缘位置上

[00:13:53] 这张草图在天文学界评价非常非常的高

[00:13:57] 有一些天文学家就认为沙普利的这张草图是巨哥白尼之后第二次人类中心说的**在人类的思想史上有着重要的意义

[00:14:09] 我本人还比较赞同这种观点的

[00:14:12] 不过沙普利本人大概不会想到自己的这张草图再后是会被评价的这么高

[00:14:18] 他当时看着这张草图心中只在想一个问题

[00:14:22] 这些球状星团离我们到底有多远呢

[00:14:27] 各位谈到这里呢

[00:14:29] 我不得不把话题岔开一下啊

[00:14:32] 我们要谈一个天文学上的分支问题

[00:14:34] 也就是天文测距

[00:14:36] 这也可能是我在日常生活中被问到的最多的一个问题

[00:14:41] 很多人就非常的好奇

[00:14:44] 天上的星星离我们这么遥远

[00:14:47] 天文学家们到底是怎么把他们的距离测算出来的

[00:14:51] 我们经常会在一些书上看到这颗星星离我们几十光年几百光年甚至十几万光年

[00:14:59] 然后那个星系离我们几百万光年几亿光年甚至几十亿光年

[00:15:05] 这些距离到底是怎么测算出来的呢

[00:15:09] 好

[00:15:09] 我们一点一点来讲啊

[00:15:12] 首先最简单的一个方法

[00:15:13] 要测量宇宙中任何一个天体与地球的距离可以用我们之前介绍过的三角测量法

[00:15:21] 但这个测量方法以我们人类目前所掌握的测量精度来看

[00:15:26] 最多也只能测定不超过40 0光年的距离再远就不行了

[00:15:31] 因为视差实在实在是太小了

[00:15:34] 为了能够测定更远的距离

[00:15:36] 天文学家们就发展出了许多的其他方法

[00:15:40] 其中准确度相对很高的另一个方法是造父变星测距法

[00:15:47] 当然这里面就出现了一个新的名词叫造父变星让我先把这个来解释一下

[00:15:54] 谈到这个话题

[00:15:55] 请允许我纪念一下身残志坚的英国青年古德里克这个可怜

[00:16:02] 但值得尊敬的孩子只活了

[00:16:04] 22 年

[00:16:05] 他是个聋哑人

[00:16:07] 但上帝呢

[00:16:07] 往往给一个人关上一扇门的同时却会打开一扇窗子

[00:16:12] 古德里克有一双超强的眼睛

[00:16:15] 他从小就喜欢看星星

[00:16:18] 年仅18岁的她就用一双肉眼不借助任何望远镜和其他仪器就测定了

[00:16:24] 被称之为模型的因

[00:16:26] 先做贝塔星

[00:16:28] 在我们中国把这颗心称之为大零五

[00:16:32] 他测定了这颗魔星的亮度变化周期为两天20 小时49 分钟

[00:16:39] 这个数字准确的令人折舌古德里克呢

[00:16:43] 就把他的这个发现报告给了英国天文学会

[00:16:48] 随后呢就得到了证实

[00:16:50] 于是它就被吸纳为最年轻的天文学会会员

[00:16:55] 在她22 岁

[00:16:56] 英年早逝前她又发现了另外两颗著名的变心一颗是仙王座

[00:17:02] 德尔塔星中文名就叫做赵负一和天琴座贝塔星中文名叫这台二这种亮度发生周期性变化的新型呢

[00:17:12] 我们就称之为造父变星

[00:17:15] 当然

[00:17:15] 这个是一个综艺名

[00:17:18] 呃

[00:17:18] 因为我们中国人也很早就发现了造父星是一颗变星就是他的光的亮度会随着时间而变化

[00:17:27] 而且有一个固定的变化周期

[00:17:29] 不过真正做出重要贡献的是190 8年

[00:17:33] 美国有一个女天文学家叫李维特在天文学史上女性天文学家是非常非常罕见的

[00:17:42] 而这个李维特呢

[00:17:43] 他就发现造父变星的亮度和变星周期之间存在着一个数学关系

[00:17:50] 换句话说

[00:17:51] 我们只要测定出了一颗造父变星的光变周期P

[00:17:56] 就能够通过经验公式求出这颗心的绝对亮度值

[00:18:01] 然后再根据视亮度与距离的平方成反比的规律测定出四星等

[00:18:08] 那么就能算出距离了

[00:18:11] 因而这个造父变星从此便成为了天文测距的量天尺有了它沙普利就能测定出球状星团的距离了

[00:18:23] 当然前提是在这个球状星团中能够找到这么几颗造父变星

[00:18:29] 果然沙普利的运气不错

[00:18:31] 她在好多球状星团中都发现了造福变心

[00:18:35] 这就让沙普利大喜过望

[00:18:38] 他在测定了众多的球状星团的距离后

[00:18:41] 他提出银河系的直径是30 万光年后3 万光年

[00:18:46] 而银星正是在人马座方向距离太阳有5万光年之远

[00:18:53] 而我们今天知道的银河系的直径是8 .5 万光年和球的厚度是30 00到60 00光年

[00:19:02] 太阳到银心的距离呢

[00:19:03] 是2 .4 光年

[00:19:05] 萨普利的这个银河系虽然各项数值还差的比较大

[00:19:10] 但是总体的

[00:19:11] 这个比例和结构却是正确的了

[00:19:15] 后来的人们就发现这个沙普利错误的原因呢

[00:19:18] 是在于他搞错了造父变星的类型

[00:19:22] 并且他当时并不知道还有一种星际消光物质的存在

[00:19:26] 也就是星际间有尘埃会吸收一部分的星光

[00:19:31] 所以星星的亮度呢

[00:19:32] 会被这些星际消光物质减弱

[00:19:35] 因此萨普利其实是低估了视星等使得他测得的这个距离都被大大地高估了

[00:19:43] 正是沙普利的这个错误

[00:19:45] 使得当时的主流天文学界在很长一段时期内反而更垂青于卡普坦的模型

[00:19:52] 当时的天文学界思考的最多的一个问题是宇宙到底有多大银河系是不是整个宇宙

[00:20:01] 那么正所谓江山代有才人出长江后浪推前浪

[00:20:07] 马上又将诞生一个天文学巨星使他回答了这两个宇宙的基本问题

[00:20:16] 那么此人是谁

[00:20:17] 她又发现了一些什么呢

[00:20:20] 科学有故事下一期接着为您讲

[00:20:27] 我是卓老板

[00:20:28] 我是吴金平

[00:20:30] 我是王杰

[00:20:31] 我是科学声音

[00:20:35] 嗯

[00:20:41] 今天凌晨五点钟就起来赶了一班早班飞机

[00:20:45] 然后终于回到了上海

[00:20:47] 所以这一期节目是在上海为您录制的这期节目让大家等的时间呢

[00:20:53] 是有一点久了

[00:20:55] 不过我下一期节目

[00:20:56] 我指的是仰望星空

[00:20:58] J 这个专辑的节目可能会让大家等更长的时间

[00:21:02] 因为我正在看一本跟宇宙学有关的书

[00:21:06] 有很多听众朋友留言就问我

[00:21:09] 你到底是在看哪本书想让他们也知道一下那我现在就可以告诉你这本书是美国人格林写的就是那个写宇宙的琴弦的还有宇宙的结构

[00:21:21] 这两本书的那个格林他是一个物理学家也是一个著名的科普作家

[00:21:27] 这本书的中译名是隐藏的现实

[00:21:32] 还有一个副标题叫平行宇宙是什么

[00:21:35] 人民邮电出版社出版的

[00:21:38] 那么我估计这个副标题有可能是译者自己加的

[00:21:43] 因为我看英文的原名就叫做the hidden reality

[00:21:48] 我个人认为这个副标题加的并不是十分的恰当

[00:21:52] 因为这本书主要是要讲宇宙学

[00:21:55] 并不是讲很多人以为的那个平行宇宙

[00:22:00] 呃

[00:22:00] 因为我的下一期节目就要讲呃

[00:22:03] 宇宙大爆炸相关的一些背景知识

[00:22:06] 所以呢

[00:22:07] 我必须要把这本书看完

[00:22:08] 因为里面涉及到一些我可能并不是十分了解的一些宇宙学方面的知识

[00:22:14] 所以呢

[00:22:15] 我估计下一期的更新呢

[00:22:16] 会再慢一点

[00:22:18] 另外呢

[00:22:19] 还要告诉大家一个消息

[00:22:21] 我本周呢

[00:22:22] 会去拜访一下

[00:22:23] 我们上海天文馆筹备部的主任林清博士

[00:22:27] 然后会从他那里探听一些关于上海天文馆最新的建设消息或者您对未来这座全球最大的天文馆有一些什么样的期望或者建议的话呢

[00:22:39] 也可以评论给我我说不定能把这些好的建议带给我们的林博士

[00:22:46] 如果有一些内幕消息的话呢

[00:22:48] 我也会在我的节目中给大家透露好了

[00:22:51] 今天的节目就到这里

[00:22:53] 感谢大家的收听

[00:22:55] 如果你喜欢我的节目

[00:22:56] 请别忘了点一下订阅

[00:22:58] 如果你觉得我的节目对你有帮助的话呢

[00:23:01] 你也可以给我打赏以致精神鼓励感谢您的收听我们下期再见