宇宙有多大？想要知道這個問題的答案，絕非易事。科學家只能通過間接的觀測方法，探測外部星系的距離，從而揭示宇宙的尺度。而這一過程的復雜程度，遠超想象。

事實上，直到1925年1月，埃德溫·哈勃（Edwin Hubble）宣布發現了銀河系之外的星系，才打開了通往宇宙的大門。在近期舉辦的第245屆美國天文學會會議上，天文學家共同慶祝了這一百年盛事。

令人困惑的星云

長久以來，人們曾一直認為地球就是宇宙的中心。直到1543年，哥白尼（Nicolaus Copernicus）顛覆性地提出，地球是繞著太陽運行的。人們對宇宙的探索就此開啟了一個新的篇章。

隨后，人們對宇宙的認知也在不斷修正。1755年，德國哲學家伊曼努爾·康德（Immanuel Kant）出版了《自然通史和天體理論》。他曾推測，天空中某些暗淡的小斑點可能是一些類似銀河系的天體。

這些天體當時被稱為“星云”（nebulae，意思是“云”）。直到19世紀初，隨著大型望遠鏡的發展，人們才發現其中一些星云呈現出旋渦形態。

這些“旋渦星云”始終困擾著天文學家。上個世紀初，天文學界已經幾乎明確分成了兩大陣營。以希伯·柯蒂斯（Heber Curtis）為首的一方相信，這些星云是獨立于銀河系之外的“島宇宙”。而另一方則以哈羅·沙普利（Harlow Shapley）為首，他們認為這些旋渦星云只不過是銀河系內的一些氣體云。????

1920年，爭論達到了高潮，兩位科學家甚至就此舉辦了一場天文學世紀大辯論。雖然我們現在已經知道，柯蒂斯顯然更接近真相，但當時他沒有獲得更多支持。更準確地說，這場辯論誰也沒有真正說服另一方。

赫歇爾空間天文臺拍攝的仙女星系（M31）。它曾一度被稱為“星云”，被認為是銀河系中的氣體云。（圖/SA/Herschel/PACS & SPIRE Consortium, O. Krause, HSC, H. Linz）

探索旋渦星云的本質至關重要，因為它的答案關乎一個更大的問題——銀河系是宇宙中唯一的星系嗎？更進一步地說，我們的宇宙究竟有多大？

改變歷史的恒星

1923年，哈勃用當時世界上口徑最大的胡克望遠鏡，對仙女星云進行了觀測。在長期監測和搜索過程中，哈勃在10月份拍攝的一張照片中發現了一顆“新星”，也就是爆發的恒星。這顆“新星”忽明忽暗。

后來他意識到，那實際上是一顆造父變星。在上個世紀初，天文學家亨利埃塔·勒維特（Henrietta Leavitt）就已經發現了造父變星的周期和光度的關系。因此，借助勒維特發現的定律，哈勃計算出了仙女星云的距離。他發現仙女星云距離地球大約93萬光年，遠遠超出了銀河系的范圍。換句話說，這個所謂的“星云”并不在銀河系中。也就是說仙女星云實際上是仙女星系?，F代觀測已經進一步證實，仙女星系位于大約200多萬光年之外，是我們鄰近的一個旋渦星系。

100年前，哈勃發現了造父變星（VAR）。他一度以為那是一顆新星（N）。（圖/Carnegie Science）

1925年1月，哈勃正式宣布了他的發現，為世紀大辯論畫上了句點，也讓人們意識到，宇宙遠比想象的更加浩瀚無垠。

發現仍在繼續

哈勃帶來的宇宙革命并未止步于此。1929年，他在進一步對星系進行觀測后，繪制了星系的速度和距離關系圖，關系圖顯示出了一個清晰的趨勢：那些距離我們越遠的星系，遠離我們的速度越快。這意味著，宇宙并不是靜止的，而是在不斷膨脹！

而這樣一個不斷膨脹的宇宙也暗示著，它在越久遠的過去應該越小，甚至可能存在一個開端。通過測量宇宙的膨脹率，或者說測量所謂的哈勃常數，就可以得出宇宙的年齡。

1931年，哈勃測得的哈勃常數的值為558km/s/Mpc，這個數字告訴我們宇宙的年齡僅為10到20億年，比地球的年齡還小，這顯然是不對的。1990年，以哈勃命名的哈勃空間望遠鏡成功發射，使天文學家有機會更加精確地測量哈勃常數的值，最終得出宇宙的年齡約為138億年。

在過去30多年里，哈勃空間望遠鏡不斷取得突破性的發現，塑造了我們對宇宙的基本認識。例如，在1998年，哈勃空間望遠鏡和其他天文臺更是發現，宇宙不僅在膨脹，而且是在加速膨脹。天文學家將造成宇宙加速膨脹的幕后推手稱為“暗能量”，然而暗能量的本質至今仍是宇宙學中最大的謎團之一。

今天，更令人困惑的是，當我們用兩種同樣精確地方法來測量哈勃常數的數值時，發現它們之間存在令人擔憂的差異?？茖W家至今也不知道是什么導致了這一差異的存在。而這一差異也恰恰體現了，探索宇宙是一個漫長且艱難的過程，唯有足夠的耐心，才能逐漸揭開宇宙的真面目。

新一代和下一代的地面和空間望遠鏡，以及各類探測器都越來越強大，我們可以預期在接下來的100年里，我們將再次迎來顛覆我們想象的宇宙革命。

#參考來源：

https://science.nasa.gov/missions/hubble/nasa-celebrates-edwin-hubbles-discovery-of-a-new-universe/

#圖片來源：

封面圖&首圖：Wikimedia Commons