中科大天文学史讲义14河外星系的发现

第十四讲河外星系的发现从18世纪中叶到20世纪初，探索星云了即云雾状天体的本质。在银河系内：由气体和尘埃组成的气团由恒星聚集成的星团河外星系确定云雾状天体为河外星系的步骤：①确定银河系大小和测定旋涡星云的距离。②由旋涡星云距离进一步定出它的大小。③最后确认，它是否由大量恒星聚合而成。一、测定旋涡星云距离的探索1．三角视差法1907年瑞典天文学家波林(K.Bohlin,1869—1940)用三角视差法测得仙女座大星云的三角视差为0.171″，相当于19光年。2．新星视亮度法1911年美国物理学家威里(P.W.Very)把仙女座大星云中一颗新星与英仙座新星比较，由此定出仙女座大星云的距离是1600光年。3．视向速度和自行法1914年美国天文学家斯莱弗(V.M.Slipher,1875—1969)刊布了13个旋涡星云的视向速度。1915年美国天文学家柯蒂斯(H.D.Curtis,1872—1942)测定了66个旋涡星云的自行。柯蒂斯认为从统计平均观点，天体视向速度与切向速度大致相同。求得旋涡星云自行平均值为0.033″,再以星云视向速度平均值，求得星云平均距离为10,000光年。二、造父变星法求天体距离1784年古德里克发现造父一亮度以5．37天为周期变化。通常以周期1－50天光变的变星称为造父变星。1．造父变星的周光关系20世纪初美国女天文学家勒维特(H.S.Leavitt,1868—1921)用测光方法发现小麦哲伦云中有许多变星。1908年她把周期长于1.2天的变星按亮度排列，结果发现周期也按大小排列。1912年发表周期2－120天、视星等为12.5m—15.5m的变星资料，提出视星等和周期的对数存在正比关系，这就是周光关系。2．绝对星等与视星等的关系1902年卡普坦提出绝对星等概念。对于视星等m，绝对星等M，现在通用如下公式：若不计星际消光m－M＝5lgr－5。若计及星际消光m－M＝5lgr－5＋A（r）。r为天体距离（单位：秒差距）。3．周光关系零点的测定丹麦天文学家赫茨普龙(E.Hertzsprung,1873—1967)指出勒维在小麦哲伦云中发现的变星是造父变星。进一步指出，在银河系中求一颗造父变星的距离r，视星等m和光变周期P即可把勒维特周光关系图的纵坐标m改为M。这就是周光关系的零点问题。1915年沙普利用11个造父变星的自行和视向速度资料，求得造父变星统计视差，得到lgP与M的关系图。4．沙普利和科蒂斯的辩论1920年4月，在美国科学院召开了“宇宙的尺度”辩论会，论题是银河系的大小、结构和旋涡星云的真相。三、哈勃的工作1923年美国天文学家哈勃(E.P.Hubble,1889—1953)拍仙女座大星云照片，外围分解成恒星，证认出第一颗造父变星。1924年证认出更多造父变星。并在三角座星云M33和人马座星云NGC6822中发现了一些造父变星。他用周光关系定出这三个星云距离。证明它们在银河系之外。1924年底哈勃在美国天文学会宣布这一发现，确证银河系外存在星系。打开了探索宇宙的新的一页。20世纪40年代，德国科学家巴德(W.Baade,1893—1960)拍摄仙女座大星云照片，核心部分也分解为恒星，证明旋涡星