近年来,人类探索宇宙的前沿领域不断传来激动人心的消息:“哈勃”太空望远镜更新成功、“火星探路者”登陆成功、“卡西尼”号宇宙飞船飞向遥远的土星,人类在宇宙中的视野越来越深远。但是,宇宙的奥秘是无穷的,黑洞、暗物质等宇宙现象还有待人们进一步了解可以说,人们对宇宙的了解还刚刚开始,也可以说,人们对宇宙的了解是随着对猜测、观察、假说的校正和印证获得的。比方说,人们多认为宇宙的年龄约为120亿年,但有些天文学家对此是有疑问的,他们总希望演算出宇宙的精确年龄。由于采用了先进的太空观测设施,天文学家在这方而的进展是令人振奋的,同时也带来了新的疑惑。比如,天文学家借助“哈勃”太空望远镜获得了宇宙的大量信息。但整整3年来,天文学家一直解不开一个自相矛盾的结果:“哈勃”提供的数据显示,宇宙比最老的恒星年轻!恒星只是宇宙的一部分,怎么会比母体还要老呢?为了解开这个谜,天文学家提出了各种各样的解释,有的旧事重提,搬出了早被爱因斯坦否定了的宇宙附加系数学说,这样可以让宇宙的年龄大一点;有的则提出了星体老化的新理论,这样就可以使恒星的年龄小一点。
纷纷攘攘之中,南非开普敦大学的迈克尔 • 费斯特(Michael Feast)和英国皇家格林尼治天文台的鲁宾 • 卡奇普尔(Robin Catchpole)的提议颇有见地。他们利用“骑兵军官”号卫星(Hipparcos),经过艰苦的探索,终于得出了比较可信的结果。最后,两人宣称,他们可以打破宇宙年龄自相矛盾的局面。人们以前对宇宙的体积的测量是不对的,因而对宇宙年龄的测算也就站不住脚了。
“骑兵军官”号卫星是8年前由欧洲太空局发射的。它的任务很专一,就是比较至少在1000光年处的恒星和更远处的恒星的位置。“骑兵军官”号卫星能够测出地球公转时恒星非常微小的移动视差。道理很简单,伸出大拇指,先用一只眼睛观测,然后闭上这只眼睛,改用另外一只眼睛观测,视差结果同在地球轨道上观测恒星的一样。“骑兵军官”号卫星的这种观测就可以得出恒星间非常准确的距离。恒星之间的距离对天文学家来说是非常有价值的,人文学家以这一距离为基础展开其他方面的工作。比如,天文学家只要从视差中测出附近某特定类型恒星的距离,就可以同视差外的同类恒星作比较,看看远处的这颗恒星的光亮度比近处的黯淡了多少,从而测出远处恒星的距离。
天文学家常用父造变星作参照。父造变星的脉动和自身的亮度有直接的关系,脉动越长,亮度就越大。离我们最近的星系距离都非常遥远,几乎没有视差,这些星系中的父造变星的脉动可以计时,亮度可以测算,所以可以观测到。通过父造变星,天文学家就可以测出这些星系的距离。
但是.所有的测算最终都要依赖视差测量的。“骑兵军官”号卫星上天之前,还没有人能够在银河系中的父造变星中得出有用的视差。费斯特和卡奇普尔通过“骑兵军官”卫星对200多颗父造变星的距离作了测定,发现父造变星的距离比天文学家想象的要稍远一些。此后,这两位科学家对大麦云(LMC)的距离重新作了测定,发现比以前认为的要远10%。
这一消息在各个方面引起了震动。准确地测定天体的距离对研究宇宙的年龄是至关重要的。我们的宇宙是在不断膨胀,星系离我们越远,它的光就被宽展得越大。通过测定衰退中的星系的光的变化,然后再算出这个星系的距离,天文学家就可以算出宇宙的膨胀速率,由此,又可以算出宇宙从还是个点时到现在有多少年的时间了。以前的宇宙年龄是根据“哈勃”望远镜的观测资料得出的,运算时以大麦云为基准,现在,对大麦云的距离又精确了10%。所以,准确地说宇宙的年龄应当为130亿年,不是120亿年。
即便如此,似乎也难以改变宇宙年龄自相矛盾的现象,因为最古老的恒星(在球状星系中)的年龄为150亿年。且慢,“骑兵军官”卫星改变了宇宙的基准,所以也会改变对球状星系的测定。如果球状星系很远,它们必定本身的亮度就会很大,而新的恒星总是比老恒星热而且明亮的,所以,如果星系很亮,那么它的年龄最多为110亿年。这样,所谓的自相矛盾就不攻自破了。
对于自己的发现,费斯特是非常自信的。他提醒天文学家,他的观测运算结果还有待同行独立印证,但他同时又表示,如果能证明他们的结果有误,那么他们的推测就会有根本性的错误。
寻找矛盾的渊源并加以论证,这本身就是一项激动人心的工作。何况,研究的是包容万象的浩瀚宇宙呢?
[Discover,1997年6月30日]