宇宙11︱仙女星系距离90万光年？为什么哈勃测量的误差这么大？

20世纪初，人们对天空中看到的螺旋星云就产生了分歧，威尔逊山上的天文学家认为这是“原始恒星”，汉密尔顿山上的天文学家认为这是遥远的星系。

双方代表沙普利和柯蒂斯，还为这事专门坐火车去华盛顿，进行了一场大辩论，精彩程度丝毫不亚于爱因斯坦和玻尔的世纪论战，那么一个争论的是，我们世界的本质性问题，那么一个争论的是，我们这个宇宙大小的问题。

当时沙普利和柯蒂斯都列举了让对方无法解释的观测证据，所以两人谁也没占到便宜，不分胜负。

那么在他们列举出的证据中，有一项非常奇怪，也就是1912年天文学家斯莱弗发现，这些星云的运动速度非常快，有些速度甚至能达到每秒几千公里，而银河系内的天体平均的运动速度也就是每秒几十、几百公里而已。

这还不是最奇怪的，最令人费解的是，这些星云大部分都在远离我们，这是咋回事？当时的人们并不知道。以上的这些我在上个视频中有详细的介绍，有兴趣的朋友可以回看一下。

今天我们将迎来真正的天文学家，河外天文学的开创者，埃德温·哈勃。它的观测和发现解释人们的困惑，并且把我们带入了一个庞大而又膨胀的宇宙当中。

埃德温·哈勃，1889年出生，美国人，在他成长的那个年代，天文学家并算不上是一个正经的职业，除非你特别有钱，可以把兴趣爱好当饭吃，那就另说了。

可惜的是哈勃就是一个普通人家的孩子，他只能把天文学当作课余爱好，在父亲的要求下他学的是法律专业，1910年哈勃有幸获得了罗兹奖学金，有了去英国牛津大学留学的机会。

在牛津大学他学的依旧是法律，天文学完全是抽空自学的。在英国的3年间，哈勃最大的变化，就是完全被英化了，口音也变成了英国口音，喜欢穿粗呢大衣，年纪轻轻就烟斗不离嘴，一副老派、典型的英国风。

很明显哈勃很喜欢英国，要不是他的父亲在1913年去世哈勃估计就定居在英国了。哈勃在回到美国以后，为了偿还父亲临终前欠下的债务，就教了一段时间书，在这之后他就完全抛弃了跟法律有关的所有想法。全身心投入到了天文学当中。

哈勃先在芝加哥的叶凯士天文台找到了一份工作，之后1920年才来到了威尔逊天文台，前面的文章说了，威尔逊山上的天文学家大部分支持沙普利的原恒星观点。

但哈勃一直以来都保持着中立的态度，他想搞清楚这些螺旋星云到底是啥，所以就制定一份研究计划，主要就是观察螺旋星云附近出现的新星，因为在“大辩论”中，柯蒂斯就说，在螺旋星云所在的天区中出现新星的概率要高于其他天区，而且这些新星的亮度要比其他天区出现的新星的亮度要暗。

哈勃就觉得这一点非常的重要，所以就大量的观测和收集这些新星的数据。好，相信你已经产生了一个疑问，啥是新星？难道是超新星？不是的，超新星一般有两种Ⅰa型超新星和Ⅱ型超新星，也称为核坍缩超新星。

那么Ⅰa型超新星出现有两种情况，两颗白矮星相撞就会爆发Ⅰa型超新星，或者是一颗白矮星大量、快速地吸收了伴星的物质，导致质量在短时间内超过了1.4倍的太阳质量，这是钱德拉塞卡极限，就会导致核心再次点燃核聚变，发生爆炸。这也是Ⅰa型超新星。

Ⅱ型超新星就是我们常说的超新星了，说的是恒星在死亡以后，它的核心猛烈地坍缩成中子星或者是黑洞的时候，就会爆发超新星爆炸。这就是Ⅱ型超新星，所以叫它核坍缩型超新星。

这里我们说的新星是另外一种情况，假如一颗白矮星，很缓慢、很温柔地从它的伴星那里偷氢气的话，当最外层的氢达到一定的质量就会很温和地燃烧，这时我们就会在天空中看到一颗恒星突然增亮了，过段时间以后又慢慢地消失了，然后它又开始在最外层攒氢气，这个过程一般最短的也需要几十年的时间，当然几百年、几千年的也有，这就是新星爆发的原理。

那么哈勃在寻找新星的过程中，一直都在关注M31星系附近之前出现过三颗新星的位置，这三个新星，有一个位于星系的边缘，一个位于星系盘面的附近，一个位于它俩的中间。

1923年10月6号的晚上，哈勃又看到了一颗新星出现在了M31附近，他发现这颗新星和之前出现新星的位置一模一样，他马上就认识到了这不是一颗新星，因为我刚才说了新星爆发以后是不会在短时间内再次出现的。

而这个新星距离上次出现才过去了31天的时间呀，那这是啥？你想一下，我相信很多人都猜对了！这是一颗变星，而31天正是它的变光周期。

这张底片就是当天晚上哈勃拍摄的，红圈圈住的三个地方就是刚才说的三颗新星的位置，最上面的那个就是哈勃再次看到的新星，但此时哈勃已经意识到了，这根本不是新星，所以它在底片上划掉了代表新星的字母N，用红笔写下了代表变星的VAR，还附带了一个感叹号！

这个感叹号就可以看出，哈勃当时有多兴奋了！因为发现了变星就意味着可以测量距离了。上节课我们说过，只要知道了变星的变光周期，就能知道它的本征亮度，然后再测量它的视亮度，我们就能通过简单的平方反比关系，算出这个变星跟我们的距离。

那么当时哈勃根据这颗变星算出M31肯定在银河系之外，因为它距离我们90万光年，很明显比银河系的范围大了很多。

哈勃的这个观测就平息了人们之间的争论，我们的宇宙不仅仅有银河系，在银河系之外还有很多的星系，这些星系就像大海中的岛屿一样，漂浮在深邃的宇宙空间中，人类的宇宙观一下从沙普利10万光年的尺度，扩展到了数百万光年。

在随后的几年中，哈勃观测了更多的螺旋星云，没有例外，他们都是远离银河系的星系，而且它们都比M31要远得多。

当然哈勃的发现，不仅仅是扩大的宇宙的范围，它还为斯莱弗发现的星云红移提供了更大的意义。这是我们下一节课要说的内容。

下面我们说下，为啥哈勃测出来的距离只有90万光年，现在我们知道M31距离我们至少220万光年。

因为哈勃用错了造父变星，这是我们后来才知道的，变星有两种，一种是造父变星，也就是以仙王座δ星为首的一类变星，还有一类是天琴RR型变星。

这两类变星最大的区别是，造父变星属于星族Ⅱ中的恒星，非常古老，不含重金属，天琴RR型变星属于星族Ⅰ中的恒星，含有较多的重金属，质量也普遍较小，就像我们太阳一样。

这种变星在相同的光变周期下，天琴RR变星的本征亮度要比造父变星亮4到5倍。所以当时哈勃在M31中其实看到的是天琴RR变星，他以为是造父变星，所以就低估了人家的本征亮度，才导致了测量出来的距离只有90万光年。

如果修正以后，再把气体、尘埃这些消光物质考虑进去了，差不多就是今天测量出来的距离了。

好了，今天的内容就到这里了。