自1776年7月4日以来，太空科学已经走过了漫长的道路。以下是对这段传奇的回顾。

7月4日，美利坚合众国庆祝其250岁生日，纪念《独立宣言》的发表以及美国成为主权国家。

如今，这个相对年轻的国家在我们对宇宙的理解方面处于领先地位。太空科学领域的许多重要机构都在这里，比如美国国家航空航天局、加州理工学院、麻省理工学院和西北大学等等，仅举几例。

为了庆祝美国作为独立国家250周年，Space.com带你回顾历年来人们对宇宙的一些常见误解，以及美国科学家在澄清这些宇宙困惑中所扮演的角色。

到1776年，艾萨克·牛顿爵士的运动定律自1687年《自然哲学的数学原理》出版以来已经流传了大约89年。早在英国诞生之前，古希腊人就已经发现了太阳系的五颗行星。此外，经过长期的斗争和许多试图压制这些知识的尝试，人类终于认识到是地球围绕太阳运转，而不是相反，波兰天文学家尼古拉·哥白尼在1543年和伽利略·伽利雷在1610年彻底终结了这一误解，牛顿在1687年又给予了致命一击。

伽利略还让我们认识到，不仅地球在太阳系中的位置是独特的，它甚至不是唯一拥有卫星的行星，1610年，他还发现了木星的卫星——木卫一、木卫二、木卫三和木卫四。

显然，到美国诞生之时，我们已经开始理解宇宙以及我们在宇宙中的位置，但一些重大的误解仍然存在。其中最大的误解之一与太阳本身的性质有关。

太阳是一块燃烧的煤

美国诞生于“蒸汽时代”，这是从1770年持续到1914年的一段工业化时期。这场革命由煤炭驱动，为机车、船舶和工厂提供动力，改变了工业、运输和制造业的面貌。当时，煤炭是人类已知的最密集、最强大的燃料来源，所以不少早期科学家猜测太阳其实就是一块巨大无比的燃烧着的煤，也就不奇怪了。

后来，世界上最古老、最著名的科学期刊之一，美国的《科学美国人》，发表了一篇1863年的文章，首次对“太阳是一块燃烧的煤”这一说法提出反驳。

“如果太阳是煤做的，按目前这个烧法，它只能撑5000年。太阳很可能不是一块在燃烧的东西，而是一个白炽体。它发出的光更像是熔融金属在发光，而不是炉子在燃烧。但太阳不可能一直往外放热，却既不损失热量，也没有新的燃料补充，”《科学美国人》的文章写道。“假设太阳的热量一直靠掉进去的流星体来维持，那根据太阳系的质量，就能大致推算出太阳已经照耀了多久。这个时间上限在1亿到4亿年之间。”

尽管这个估算还是差得远，但我们现在知道太阳大约有46亿年的历史；这一进展正值地质学革命时期，当时不断发现的证据表明，我们的星球远比神学所估计的几千年要古老得多。

大约57年后的1920年，英国科学家亚瑟·爱丁顿首次提出，像太阳这样的恒星实际上是由氢核聚变为氦来提供能量的。爱丁顿在1926年出版的《恒星的内部结构》一书中提出了这一观点。12年后，核物理学家汉斯·贝特首次阐明了这一核聚变过程，详细描述了质子-质子链反应和碳-氮-氧（CNO）循环。

html

太阳是一块燃烧着的煤块，最终在美国建国162年后燃尽，而这一切的连锁反应，是由一家美国出版物引发的。

以太还是……？

在19世纪美国建国初期，科学家们已经知道光是一种波。按照他们对其他波的了解来类推，自然就会认为光也需要一种介质才能传播。这种介质必须无处不在，并具有某些独特的性质，才能让光以光速在其中传播。

因此，有人提出空间中充满了一种称为“光以太”的介质，luminiferous一词意为“携光的”。这种介质必须是一种不可见且无限的物质，不与实物发生相互作用，这就让光以太的存在极具争议性。

我们现在知道这种介质并不存在，这要归功于两位美国物理学家阿尔伯特·A·迈克尔逊和爱德华·W·莫雷，他们在1887年得出了科学史上最重要的一个“零结果”：推翻了光以太的存在。

如果光以太存在的话，科学家们推断，由于地球以约每小时66,000英里（每小时106,216公里）的速度绕太阳运行，我们的地球应该是在以太中穿行，而以太被认为是静止的。这就意味着，地球必定是相对于静止的以太在运动。而如果以太是光波传播的介质，这应该意味着光速在地球运动方向上会有极其微小的差异。

迈克尔逊-莫雷实验在俄亥俄州的克利夫兰进行，用一台叫迈克尔逊-莫雷干涉仪的仪器，来测试一束光垂直于地球运动方向传播、另一束平行于地球运动方向传播时的速度差异。迈克尔逊和莫雷原本期望观察到由光波传播时间不同而引起的干涉图案。

当相同波长的光以极其微小的时间差到达探测器时，就会出现这种现象，也就是说，波的波峰和波谷不再完全重合。然而，令这两位美国物理学家惊讶的是，却什么干涉都没检测到。这意味着光的传播速度没有差异，基本上就否定了以太的存在。

否定光以太这件事至关重要，因为它为爱因斯坦1905年的狭义相对论和1915年的广义相对论铺平了道路，后者修正了我们对引力的理解，让我们在还没实验观测到黑洞和引力波之前，就已经对它们有了认识。

其他星系！

尽管在美国建国之前，科学家们就已经意识到地球并不位于太阳系的中心，但还有一个很离谱的误解。人们认为，银河系——最早由伊曼努尔·康德于1755年在其“岛宇宙”理论中提出——在宇宙中仍然有着独一无二的地位，而其他星系到底存不存在，则是一个争论得非常激烈的话题。太阳系也被认为位于银河系的中心。

1785年，天文学家威廉·赫歇尔开始给我们的星系画地图，他正确地判断出银河系是盘状的，但错误地把太阳系放在了它的中心。这一认识在1918年发生了改变，当时美国天文学家哈洛·沙普利确定，被称为球状星团的密集恒星群是以人马座方向一个遥远的核心为中心的。这就把太阳系放到了银河系中偏离中心的位置。如今，我们又在此基础上更进一步，把我们的行星系统放到了距离银河系中心2.7万光年处的一条旋臂上。

五年后的1923年，银河系独一无二的地位被打破了。美国天文学家埃德温·哈勃利用威尔逊山天文台的100英寸（2.5米）胡克望远镜，拍下了仙女座星云（梅西耶31）的照片，并测算出它离我们至少有一百万光年。虽然我们现在知道，实际距离更接近250万光年，但即便如此，也足以把M31划到银河系的范围之外了。

仙女座星云实际上是仙女座星系，一个远离我们银河系的独立星系，这一事实于1924年11月通过《纽约时报》向公众宣布。从星系的角度来说，我们不再孤单了——但哈勃并没有就此停下脚步。

宇宙并非静止不变

当时人们还普遍认为宇宙是静止不变的，爱因斯坦在1917年也支持这个观点。然而，在1929年，哈勃发现来自遥远星系的光正在发生红移。换句话说，这些光源发出的光，在朝我们传播的过程中，波长被拉长了。这表明这些星系正在远离我们。在确信这一点之后，爱因斯坦放弃了自己提出的静态宇宙模型。

不过，美国科学家并没有停止改写我们对整个宇宙的认识。1998年，美国研究人员索尔·珀尔马特、亚当·里斯和罗伯特·柯什纳等人，参与了两个国际研究团队，他们发现，宇宙不仅在膨胀，而且膨胀还在加速。

暗能量由此被提了出来，被认为是推动宇宙加速膨胀的神秘力量。直到今天，它仍然是宇宙中最让人费解的谜团之一。

或许等到美国庆祝其300岁生日时，暗物质的谜团将得以解开，其他宇宙难题也是如此，比如暗物质的本质究竟是什么。如果真是这样，那很可能像哈勃太空望远镜、詹姆斯·韦伯太空望远镜以及即将到来的南希·格雷斯·罗曼太空望远镜这样的美国项目，将让美国的创新者和科学家走在这些发现的最前头，就像过去250年里他们的前辈一样。