1948年,美国帕洛马山(shan)(shan)天文(wen)台(tai)建成(cheng)了当时世界(jie)最大(da)的光学望远镜(jing),其口径达到5米(mi),远远超过了此前哈(ha)勃(bo)(bo)使用的威尔(er)逊山(shan)(shan)天文(wen)台(tai)的25米(mi)口径。天文(wen)学家利用新(xin)的望远镜(jing)继续证实了哈(ha)勃(bo)(bo)定律,但对哈(ha)勃(bo)(bo)关(guan)系中(zhong)的哈(ha)勃(bo)(bo)常数(shu)提出了疑问(wen),经认真(zhen)仔细地校订,发现哈(ha)勃(bo)(bo)常数(shu)比实际数(shu)值小了10倍(bei)。按新(xin)的常数(shu)估计宇宙的年龄应当是(shi)200亿年,这(zhei)样星体年龄问(wen)题就迎(ying)刃而解(jie)了。
年(nian)龄问题解决之后(hou),理(li)论宇(yu)(yu)宙(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)学家当即(ji)着手(shou)研究宇(yu)(yu)宙(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)早期(qi)的密(mi)集状态。从40年(nian)代末(mo)开始(shi),俄裔美(mei)籍物理(li)学家伽莫夫(fu)(1904—1968)等人提出(chu)了热大爆(bao)炸宇(yu)(yu)宙(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)模型(xing)。他们认(ren)为,宇(yu)(yu)宙(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)起源于(yu)一次(ci)巨(ju)大的爆(bao)炸,之后(hou)不(bu)仅连(lian)续膨(peng)胀,而且(qie)温(wen)(wen)度也(ye)在由热到冷地逐步降低。在宇(yu)(yu)宙(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)早期(qi),不(bu)仅密(mi)度很高,而且(qie)温(wen)(wen)度也(ye)很高,所有的天体以及化学元(yuan)素(su)都是在膨(peng)胀过(guo)程中逐步生成(cheng)的。
大爆(bao)炸模(mo)型(xing)(xing)有一(yi)个重要的(de)预(yu)言,即随(sui)着(zhe)宇宙(zhou)的(de)不断(duan)膨胀,温度(du)不断(duan)下降,各(ge)类元素(su)开始形成,但原(yuan)初辐射(she)与物质(zhi)元素(su)脱(tuo)离耦(ou)合后(hou)仍(reng)保持(chi)黑体谱,黑体辐射(she)的(de)温度(du)大约是(shi)5 K。60年代(dai),天文(wen)学(xue)家真的(de)观(guan)测到了这种宇宙(zhou)背景(jing)辐射(she),从而使大爆(bao)炸宇宙(zhou)模(mo)型(xing)(xing)被广泛地接受,成为宇宙(zhou)学(xue)界的(de)标(biao)准模(mo)型(xing)(xing)。
3射电望(wang)远(yuan)镜(jing)与二十(shi)世纪六十(shi)年代的四大发(fa)现
传统(tong)的(de)(de)(de)天文观测均是收集宇(yu)宙天体发(fa)来的(de)(de)(de)可(ke)见光(guang)信息,但这只(zhi)是它(ta)们(men)所(suo)发(fa)射(she)的(de)(de)(de)大量电磁波的(de)(de)(de)一(yi)个极小(xiao)的(de)(de)(de)部分。这些电磁波依波长(zhang)从(cong)短到长(zhang)有(you)(you)γ射(she)线(xian)(xian)(xian)、X射(she)线(xian)(xian)(xian)、紫(zi)外(wai)线(xian)(xian)(xian)、光(guang)波、红(hong)(hong)外(wai)线(xian)(xian)(xian)和(he)无线(xian)(xian)(xian)电波,地球大气严重地吸收了它(ta)们(men)之中的(de)(de)(de)紫(zi)外(wai)和(he)红(hong)(hong)外(wai)的(de)(de)(de)大部分,只(zhi)留(liu)下(xia)了一(yi)个狭窄的(de)(de)(de)可(ke)见光(guang)段的(de)(de)(de)窗(chuang)口,人(ren)们(men)常称它(ta)是大气的(de)(de)(de)小(xiao)天窗(chuang)。当然,在电磁学理论未(wei)建立之前,人(ren)们(men)也不知道还有(you)(you)其他的(de)(de)(de)窗(chuang)口。
电(dian)(dian)(dian)(dian)磁(ci)波(bo)(bo)(bo)发(fa)(fa)现(xian)以(yi)来(lai),很快在各个领域得到(dao)了(le)(le)应(ying)用(yong)(yong)。无线电(dian)(dian)(dian)(dian)是(shi)最引人(ren)(ren)注目(mu)的(de)(de)(de)重大应(ying)用(yong)(yong)成就(jiu)(jiu)。马可(ke)(ke)尼(ni)已经发(fa)(fa)现(xian),地球(qiu)上(shang)空的(de)(de)(de)电(dian)(dian)(dian)(dian)离(li)层(ceng)可(ke)(ke)以(yi)反射无线电(dian)(dian)(dian)(dian)波(bo)(bo)(bo),这促使(shi)他开(kai)通了(le)(le)英国与加拿大之间的(de)(de)(de)无线电(dian)(dian)(dian)(dian)报(bao)。1924年,在一(yi)次测(ce)定电(dian)(dian)(dian)(dian)离(li)层(ceng)高度的(de)(de)(de)无线电(dian)(dian)(dian)(dian)实验(yan)中(zhong),人(ren)(ren)们偶(ou)然发(fa)(fa)现(xian),当发(fa)(fa)射的(de)(de)(de)电(dian)(dian)(dian)(dian)波(bo)(bo)(bo)波(bo)(bo)(bo)长小于40米(mi)时,电(dian)(dian)(dian)(dian)波(bo)(bo)(bo)便一(yi)去不(bu)回了(le)(le),开(kai)始(shi)以(yi)为是(shi)被吸收了(le)(le),后来(lai)才知道它透过地球(qiu)大气层(ceng)飞(fei)出了(le)(le)外(wai)层(ceng)空间。既然地球(qiu)内(nei)部的(de)(de)(de)电(dian)(dian)(dian)(dian)波(bo)(bo)(bo)可(ke)(ke)以(yi)跑出去,宇宙空间中(zhong)的(de)(de)(de)电(dian)(dian)(dian)(dian)波(bo)(bo)(bo)也(ye)就(jiu)(jiu)可(ke)(ke)以(yi)飞(fei)进来(lai)。天文观测(ce)的(de)(de)(de)另一(yi)窗口就(jiu)(jiu)这样(yang)不(bu)知不(bu)觉被打开(kai)了(le)(le)。
窗(chuang)口虽(sui)然已经(jing)打(da)开,但由于仪器的(de)(de)灵敏度(du)不高,一(yi)直也没有(you)接受到来自天(tian)外的(de)(de)电(dian)磁信号(hao)(hao)(hao)。1932年(nian),美国电(dian)信工(gong)程(cheng)师央斯基(1905—1950)在做(zuo)无(wu)(wu)线电(dian)通信干扰(rao)实验时,偶(ou)然发现了来自银河系中心人马座的(de)(de)电(dian)波(bo)信号(hao)(hao)(hao)。这一(yi)发现公布后并未引起(qi)人们的(de)(de)注意,无(wu)(wu)线电(dian)工(gong)作者(zhe)认为其干扰(rao)不大,不予理会,而天(tian)文(wen)学家(jia)则均没有(you)意识(shi)到它(ta)的(de)(de)重大意义。只是(shi)随着宇宙射电(dian)讯(xun)号(hao)(hao)(hao)的(de)(de)不断(duan)发现,天(tian)文(wen)学家(jia)才开始关注这一(yi)新(xin)的(de)(de)观测(ce)方法。
1946年(nian),英国曼(man)彻斯特大学开始建(jian)造(zao)直径66米的(de)(de)(de)固(gu)定抛物面射(she)电(dian)(dian)望(wang)远(yuan)(yuan)镜,1955年(nian)又建(jian)成了世界上当(dang)时最大的(de)(de)(de)76米直径的(de)(de)(de)可转(zhuan)抛物面射(she)电(dian)(dian)望(wang)远(yuan)(yuan)镜。以后,射(she)电(dian)(dian)技术(shu)有了长足的(de)(de)(de)发展,射(she)电(dian)(dian)望(wang)远(yuan)(yuan)镜发展出(chu)了射(she)电(dian)(dian)干涉仪(yi),它由一组射(she)电(dian)(dian)望(wang)远(yuan)(yuan)镜组成一个天线阵,可以观测到很微弱的(de)(de)(de)射(she)电(dian)(dian)源。
第二次(ci)世界(jie)大战之后迅速兴起的(de)(de)射(she)(she)电天文学成了天文学中最有活力的(de)(de)新(xin)领域,60年代(dai)出(chu)现(xian)(xian)的(de)(de)四大发现(xian)(xian)就是在(zai)射(she)(she)电天文学观(guan)测中做(zuo)出(chu)的(de)(de)。
第一个发现是宇宙微波背景辐射。1964年,贝尔电话实验室在新泽西州的克劳福德山上建立了一架供人造卫星用的天线,射电天文学家彭齐亚斯(1933—)和威尔逊(1936—)正在调试这架天线,以测定银河系平面以外区域的射电波强度。当他们想出办法避免地面噪声,而且提高了灵敏度后,发现总有一个原因不明的噪声消除不掉。该噪声十分稳定,相当于35 K的射电辐射温度。他们开始很不理解,因而也没有立即公布自己的发现。消息传到了普林斯顿大学,那里的天体物理学家迪克等人正在准备做实验验证大爆炸模型所预言的背景辐射,听到这个消息之后,立即断定这个无法理解的噪声就是宇宙背景辐射。他们通力协作,继续观测,终于证实了彭齐亚斯和威尔逊的观测结果。观测到的背景辐射是黑体谱且各向同性,与热大爆炸宇宙说的预言完全符合。这就强烈地支持了大爆炸宇宙理论,使宇宙学的理论研究掀起了一个新的高潮。