大约1945年：天文学家埃德温・鲍威尔・哈勃博士（1889-1953）坐在桌子旁的椅子上读日记。作为威尔逊山天文台的一名工作人员，他是第一位提供观测证据支持宇宙膨胀理论的科学家，该理论现在被称为哈勃定律。（图片来源：uux.cn纽约时报/盖蒂图片社）

（神秘的地球uux.cn）据《对话》（Chris Impey）：一百年前，天文学家埃德温・哈勃极大地扩大了已知宇宙的大小。1925年1月，在美国天文学会的一次会议上，他的一位同事代表他阅读了一篇论文，报告称仙女座星云（也称为M31）距离我们近一百万光年，太遥远了，不可能是银河系的一部分。

哈勃的工作为研究我们银河系以外的宇宙打开了大门。在哈勃开创性工作以来的一个世纪里，像我这样的天文学家已经了解到宇宙是巨大的，包含数万亿个星系。

1610年，天文学家伽利略・伽利莱使用新发明的望远镜证明银河系是由大量暗淡的恒星组成的。在接下来的300年里，天文学家认为银河系就是整个宇宙。

当天文学家用更大的望远镜扫描夜空时，他们被称为星云的模糊光斑所吸引。18世纪末，天文学家威廉・赫歇尔利用恒星计数绘制了银河系。他编目了一千个新的星云和星团。他认为星云是银河系内的天体。

查尔斯・梅西耶在1781年还制作了100多个著名星云的目录。梅西耶对彗星很感兴趣，所以他的清单是一组可能被误认为是彗星的模糊物体。他打算让彗星猎人避开它们，因为它们不会在天空中移动。

随着越来越多的数据堆积起来，19世纪的天文学家开始看到星云是一个混合的袋子。有些是气态恒星形成区，如猎户座星云或M42――梅西耶星表中的第42个天体――而另一些是星团，如昴星团或M45。

第三类――具有螺旋结构的星云――尤其引起了天文学家的兴趣。仙女座星云M31就是一个突出的例子。它在黑暗的地方肉眼可见。

早在18世纪中叶，天文学家就推测一些星云可能是遥远的恒星系统或“岛屿宇宙”，但没有数据支持这一假设。岛屿宇宙指的是银河系外可能存在巨大的恒星系统，但天文学家现在只称这些系统为星系。

1920年，天文学家Harlow Shapley和Heber Curtis举行了一场大辩论。沙普利认为螺旋星云很小，在银河系中，而柯蒂斯则持更激进的立场，认为它们是独立的星系，非常大且遥远。

当时，辩论没有结果。天文学家现在知道星系是孤立的恒星系统，比它们之间的空间小得多。

埃德温・哈勃年轻而雄心勃勃。30岁时，他抵达南加州的威尔逊山天文台，正好使用了当时世界上最大的胡克100英寸望远镜。

他开始拍摄螺旋星云的照片。这些玻璃板使用覆盖其表面的感光乳剂记录了夜空的图像。望远镜的尺寸使其能够拍摄到非常微弱的物体，其高质量的镜子使其能够区分一些星云中的单个恒星。

埃德温・哈勃使用威尔逊山天文台的望远镜。图片来源：uux.cn太平洋天文学会提供（Ann Ronan Pictures/Print Collector/Getty Images拍摄）

在天文学中估算距离是一项挑战。想想在漆黑的夜晚，估计有人用手电筒指着你的距离有多难。星系的大小和质量差异很大。测量星系的亮度或表观尺寸并不能很好地指导其距离。

哈勃利用了亨丽埃塔・斯旺・莱维特10年前的一项发现。她在哈佛大学天文台工作，就像一台“人机”，费力地在感光板上测量数千颗恒星的位置和亮度。

她对造父变星特别感兴趣，这些变星是亮度有规律地脉冲的恒星，因此它们在特定的周期内会变得更亮和更暗。她发现了它们的变化周期或脉冲与它们的内在亮度或光度之间的关系。

一旦你测量了造父变星的周期，你就可以使用平方反比定律根据它的亮度来计算它的距离。恒星越远，它看起来就越暗。

哈勃努力工作，在每个晴朗的夜晚拍摄螺旋星云的图像，并寻找造父变星的变化。到1924年底，他在M31中发现了12个造父变星。他计算出M31的距离是惊人的90万光年，尽管他低估了它的真实距离――大约250万光年――因为他没有意识到有两种不同类型的造父变星。

他的测量标志着关于银河系大小和星云性质的大辩论的结束。哈勃把他的发现写给了哈洛・沙普利，沙普利认为银河系涵盖了整个宇宙。

“这是摧毁我的宇宙的信，”沙普利说。

哈勃总是渴望得到公众的关注，在一位同事在华盛顿特区天文学家年会上发表论文的五周前，他将自己的发现泄露给了《纽约时报》。

但哈勃还没有完成。他的第二个重大发现也改变了天文学家对宇宙的理解。当他将来自数十个星系的光分散到一个光谱中，记录每个波长的光量时，他注意到光总是被转移到更长或更红的波长。

来自银河系的光穿过棱镜或被望远镜中的衍射光栅反射，该光栅捕获从蓝色到红色的光强度。

天文学家称向更长波长的转变为红移。

这些红移星系似乎都在远离银河系。

哈勃的结果表明，星系离地球越远，它离地球的速度就越快。哈勃望远镜在这一发现中获得了最大的荣誉，但洛厄尔天文台天文学家维斯托・斯利弗也预见到了这一结果，他注意到了同样的现象，但没有公布他的数据。

哈勃提到星系具有衰退速度，或远离地球的速度，但他从未发现它们远离地球是因为宇宙越来越大。

比利时宇宙学家和天主教牧师Georges Lemaitre意识到广义相对论描述了一个膨胀的宇宙，从而建立了这种联系。他认识到星系之间的空间膨胀可能会导致红移，使它们看起来像是在远离彼此和地球。

Lemaitre是第一个认为膨胀一定是在大爆炸期间开始的人。

美国国家航空航天局以哈勃命名其旗舰太空天文台，该天文台已被用于研究星系35年。天文学家经常观测到比20世纪20年代观测到的星系暗数千倍、更远的星系。詹姆斯・韦伯太空望远镜将这一极限推得更远。

目前的记录保持者是一个惊人的340亿光年外的星系，在大爆炸后仅2亿年就看到了，当时宇宙比现在小20倍。埃德温・哈勃看到这样的进展会感到惊讶。