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从驴夫到天文学家,他与冥王星擦肩而过(图)

| 2020-12-16

米尔顿·赫马森(1891-1972)

  科学史话

  1929年,伟大的天文学家哈勃发表了一篇划时代的论文,这篇论文给出了24个银河系外星系的距离与运动速度,并得到了一个划时代的规律:星系越远,退行的速度越大,二者基本成正比。这个结果意味着宇宙自身在膨胀,标志着观测宇宙学的诞生。很多人知道哈勃这个成果,但大多数人不知道的是,在哈勃的这个重大成果背后,还站着另外一个人:米尔顿·赫马森。

  赫马森的一生充满传奇色彩。他1891年出生于美国明尼苏达州,童年起就随父母移居加州。1905年,正在读八年级的赫马森到南加州的威尔逊山参加了一次夏令营。被这座山迷住的他征得父母的同意,休学一年,在威尔逊天文台的旅馆当打铃工,并接待客人、喂养骡子。他乐此不疲,再也不愿回学校了。

  1908年,17岁的赫马森开始当驴夫,用驴车将天文台建筑所需的建材运到威尔逊山。不久他与天文台一位工程师的女儿海伦·多德相恋并结婚。1917年,赫马森的岳父告诉他,天文台有个看门人打算辞职,他听从岳父的建议,补上了这个空缺。第二年夏天,在他人指导下,他仅用了几个月时间就学会了使用25厘米望远镜拍摄变星。

  赫马森的观测天赋很快引起了著名天文学家沙普利的注意。沙普利是变星方面的世界顶尖专家,曾测量银河系内的造父变星的距离,确定了银河系的形状,发现太阳位于银河系的边缘,而不是银河系的中心。沙普利称赞赫马森为自己见过的最佳观测者并向当时的威尔逊天文台台长海耳强烈推荐赫马森。海耳被沙普利说服了,于1919年破格将只有小学学历的赫马森聘为正式职员,并在1922年将他提升为助理天文学家。这样的破格任职前所未有。

  赫马森没有辜负沙普利和海耳的期望,他发现了一些特殊恒星和其他众多天体,而他最擅长的还是拍摄暗淡星系的光谱。光谱,指的是物体的光在各种颜色上的强度。要获得天体的光谱,需要用棱镜或者光栅将天体发出的光分解为各种颜色,然后使各种颜色的光落在照相机底片上。如果发光的天体在靠向地球,天体光谱的位置朝着蓝色的方向移动,这就是蓝移;如果发出光的天体在远离地球,天体光谱的位置朝着红色的方向移动,这就是红移。

  早在1912年到1922年间,美国天文学家斯里弗就用天体红移测出了41个星系的运动速度,其中速度最大的达到每秒1800千米。但是,这些星系的精确距离却是未知的。1928年,著名天文学家哈勃得知一些观测者和理论家在研究星系的距离与速度的关系,他决定在这个方向努力一把。

  哈勃擅长测量造父变星的距离,不过仅仅知道星系的距离还不够,还要知道星系的速度,而速度要通过光谱来确定。他自然而然想到了测量光谱的第一高手赫马森。

  赫马森继承了斯里弗的看家本领,虽然二者可能一辈子都没见过面。他所使用的望远镜比斯里弗使用的61厘米望远镜强大得多,所以他先挑选了一个斯里弗没法测出光谱的星系来观测,得到的光谱表明这个星系以每秒钟3000千米的速度远离地球。然后赫马森在大约半年的时间里一口气测量了几十个星系的光谱。哈勃则测量了其中一些星系中的造父变星的距离。最后,共有24个星系的距离和速度都被确定出来。需要说明的是,这24个星系中,有20个星系的速度已经由斯里弗在此前测出,所以赫马森的部分工作重复了斯里弗的工作,也算是检验了斯里弗结果的正确性。

  根据这24个星系的距离与速度,哈勃于1929年3月发表了一篇论文,给出了被后世称为“哈勃定律”的结果:星系的退行速度与距离成正比。遗憾的是,哈勃既没有在论文中提到斯里弗的贡献,也没有让赫马森成为论文的共同作者。不得不说,哈勃的做法很不厚道。

  赫马森并不计较这些,他与哈勃继续合作,一个测距离,一个测速度。将距离拓展到1亿光年,将速度拓展到每秒2万千米。他们发现,在这么大的距离与速度范围内,“星系的退行速度与距离成正比”的结论依然正确。这一次,哈勃与赫马森一起发表了相关论文。此后,赫马森一直坚持向更远的方向前进,直到1957年退休,退休4年后还发现了一颗周期长达2940年的彗星。因为赫马森对天文学的重大贡献,著名的科普节目《卡尔·萨根的宇宙》在第10集《永恒的边缘》中介绍了他的生平与成就。

  作为一个杰出的观测天文学家,赫马森似乎总是以配角的方式登场——先是作为沙普利的杰出助手,1921年沙普利前往哈佛大学天文台之后,他又成为哈勃的最佳搭档。但是,有一次他差点成为闪亮的主角:1930年,汤博发现冥王星,尼科尔森与梅奥尔检查了赫马森在此前11年为搜寻冥王星而拍的底片,在他于3个夜晚拍下的4张底片中找到了冥王星的图像。它恰好位于那些底片的边缘,且因为底片缺陷而显得比较模糊,赫马森就这样错过了发现冥王星的荣耀。(王善钦)

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