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2015-05-01哈柏定律
545 期
Author 作者
曾耀寰／任職於中研院天文所，《科學月刊》總編輯、《物理雙月刊》總編輯。
哈柏定律是上個世紀的發現，1929年美國天文學家哈柏（Edwin Hubble）測量星系的距離和徑向速度，找到一個宇宙規律：離我們越遠的星系，遠離我們的速度越快。這發現可稱做再一次的哥白尼革命，再一次改變人類的宇宙觀。
人類最早的宇宙觀是以地球為中心，隨著觀測技術進步與資料的累積，地球繞著太陽成為可信的事實，對於銀河的深入瞭解，更將宇宙的中心從太陽移到銀河中心，當時所認識的宇宙就是我們的銀河。1923年，哈柏對M100（當時稱仙女座星雲）距離的測量，再次將宇宙觀推到另一個境界，銀河只是整個宇宙的一部份，宇宙中充滿了類似銀河的星系，當時這些星系被稱為島宇宙。
沒想到， 哈柏定律將宇宙觀又翻轉了一遍，我們不僅不在宇宙的中心，哈柏定律所描述的膨脹宇宙根本就沒有一個中心。到底是怎樣的觀測證據帶來這麼大的轉變？如前所示，哈柏只不過量了星系的距離和速度，他量的距離和速度有什麼不同之處？難道之前沒有其他人做過類似的觀測嗎？
星系的距離
我們先談談如何得到哈柏定律。量距離，一個在日常生活非常簡單的動作，就是量兩點之間的長度，拿把尺就可以量教室前門到後門之間的距離， 但對於各種不同尺度的距離測量需要適當的標準化工具。法國大革命期間，天文學家德朗柏（Jean Baptiste Joseph Delambre）和梅杉（Pierre Méchain）測量敦克爾克經巴到巴賽隆納的經線弧長，藉此定義一公尺（北極到赤道距離的千萬分之一為一公尺）。一個最自然的量度單位，他們花了七年完成，人類所使用的長度單位不再是某國王的手肘長度。
測量地球以外的天體距離就不能靠像是德朗柏和梅杉一步一腳印的方式完成，而是要靠地球公轉基線的視差法。1秒弧視差的距離大約是3.2光年，1秒弧是角度一度的三千六百分之一，離我們最近的恆星（比鄰星）差不多4.2光年，略小於1秒弧。若是3.2萬光年遠的距離， 視差角是萬分之一秒弧，角度一度的三千六百萬之一，銀河的大小差不多就是3萬光年，這也難怪哥白尼時代量不到視差角。 ......【更多內容請閱讀科學月刊第545期】