1948年(nian),美国帕洛马山天文(wen)台建成了当时世界(jie)最大(da)的(de)(de)光(guang)学(xue)(xue)望(wang)远(yuan)镜,其口径(jing)达(da)到(dao)5米(mi),远(yuan)远(yuan)超过(guo)了此前哈(ha)(ha)勃(bo)使(shi)用的(de)(de)威尔逊山天文(wen)台的(de)(de)25米(mi)口径(jing)。天文(wen)学(xue)(xue)家利(li)用新(xin)(xin)的(de)(de)望(wang)远(yuan)镜继续证实(shi)了哈(ha)(ha)勃(bo)定律(lv),但对(dui)哈(ha)(ha)勃(bo)关(guan)系中的(de)(de)哈(ha)(ha)勃(bo)常数(shu)提出了疑问,经认真仔细地校订,发现哈(ha)(ha)勃(bo)常数(shu)比(bi)实(shi)际数(shu)值小了10倍(bei)。按新(xin)(xin)的(de)(de)常数(shu)估计宇宙的(de)(de)年(nian)龄应(ying)当是200亿(yi)年(nian),这(zhei)样星体年(nian)龄问题(ti)就(jiu)迎刃而解了。
年龄问题解决之(zhi)后,理(li)论宇(yu)宙(zhou)(zhou)学(xue)家当即着(zhe)手研究宇(yu)宙(zhou)(zhou)早期的密(mi)(mi)集状态。从(cong)40年代末(mo)开(kai)始,俄(e)裔美(mei)籍物理(li)学(xue)家伽莫夫(1904—1968)等人(ren)提(ti)出了热大爆炸宇(yu)宙(zhou)(zhou)模型。他们认为,宇(yu)宙(zhou)(zhou)起源于一次巨大的爆炸,之(zhi)后不(bu)仅(jin)连(lian)续膨胀,而(er)且(qie)温(wen)度也在由(you)热到冷(leng)地逐(zhu)步降低。在宇(yu)宙(zhou)(zhou)早期,不(bu)仅(jin)密(mi)(mi)度很高,而(er)且(qie)温(wen)度也很高,所(suo)有(you)的天体以及化学(xue)元素都是在膨胀过程中(zhong)逐(zhu)步生成(cheng)的。
大(da)(da)爆(bao)炸(zha)模(mo)型(xing)(xing)有一(yi)个重(zhong)要的(de)预言,即(ji)随着宇(yu)宙(zhou)的(de)不断膨胀(zhang),温度(du)不断下(xia)降(jiang),各类元素开始形成,但原初辐(fu)射(she)与物质元素脱离耦合(he)后仍保(bao)持黑体谱,黑体辐(fu)射(she)的(de)温度(du)大(da)(da)约是5 K。60年代,天文学(xue)家真的(de)观(guan)测到(dao)了这种宇(yu)宙(zhou)背景辐(fu)射(she),从而使大(da)(da)爆(bao)炸(zha)宇(yu)宙(zhou)模(mo)型(xing)(xing)被广泛地接受,成为宇(yu)宙(zhou)学(xue)界的(de)标准模(mo)型(xing)(xing)。
3射电望远镜与二(er)十世纪六(liu)十年代(dai)的四大发现
传统的(de)(de)(de)(de)(de)天文(wen)观测均(jun)是收(shou)集宇宙天体发来的(de)(de)(de)(de)(de)可见光信息,但这只(zhi)是它(ta)们所发射(she)(she)的(de)(de)(de)(de)(de)大(da)量电磁(ci)波(bo)的(de)(de)(de)(de)(de)一(yi)个极小的(de)(de)(de)(de)(de)部分。这些电磁(ci)波(bo)依波(bo)长从短到长有(you)γ射(she)(she)线(xian)(xian)、X射(she)(she)线(xian)(xian)、紫外线(xian)(xian)、光波(bo)、红外线(xian)(xian)和(he)无线(xian)(xian)电波(bo),地球大(da)气(qi)严重(zhong)地吸收(shou)了它(ta)们之(zhi)中的(de)(de)(de)(de)(de)紫外和(he)红外的(de)(de)(de)(de)(de)大(da)部分,只(zhi)留下了一(yi)个狭窄的(de)(de)(de)(de)(de)可见光段(duan)的(de)(de)(de)(de)(de)窗(chuang)口(kou),人们常称(cheng)它(ta)是大(da)气(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)小天窗(chuang)。当(dang)然,在电磁(ci)学理论(lun)未建立之(zhi)前,人们也不(bu)知道还有(you)其他的(de)(de)(de)(de)(de)窗(chuang)口(kou)。
电(dian)磁波(bo)(bo)发现以来,很快在(zai)各个领(ling)域得到了(le)应(ying)用。无(wu)线电(dian)是(shi)最引人(ren)注(zhu)目的(de)(de)重大应(ying)用成就(jiu)。马可尼已经发现,地(di)球(qiu)上空的(de)(de)电(dian)离层可以反射无(wu)线电(dian)波(bo)(bo),这促使他开通了(le)英国与加拿大之间的(de)(de)无(wu)线电(dian)报。1924年,在(zai)一次(ci)测(ce)定电(dian)离层高度的(de)(de)无(wu)线电(dian)实验(yan)中,人(ren)们偶然(ran)发现,当(dang)发射的(de)(de)电(dian)波(bo)(bo)波(bo)(bo)长小(xiao)于(yu)40米时,电(dian)波(bo)(bo)便(bian)一去不回了(le),开始以为(wei)是(shi)被吸收(shou)了(le),后来才知(zhi)道它透过地(di)球(qiu)大气层飞出了(le)外层空间。既然(ran)地(di)球(qiu)内(nei)部的(de)(de)电(dian)波(bo)(bo)可以跑出去,宇宙空间中的(de)(de)电(dian)波(bo)(bo)也就(jiu)可以飞进来。天文(wen)观测(ce)的(de)(de)另一窗口就(jiu)这样不知(zhi)不觉被打开了(le)。
窗口虽(sui)然已经打开(kai),但由于仪器(qi)的(de)灵敏度不高,一直也没有接受到来(lai)自(zi)天外的(de)电(dian)磁(ci)信(xin)(xin)(xin)号。1932年,美国电(dian)信(xin)(xin)(xin)工程师央斯基(1905—1950)在(zai)做(zuo)无线电(dian)通信(xin)(xin)(xin)干扰(rao)实验时,偶然发(fa)现(xian)了来(lai)自(zi)银河系中(zhong)心人马(ma)座的(de)电(dian)波信(xin)(xin)(xin)号。这一发(fa)现(xian)公布(bu)后并未(wei)引(yin)起人们(men)的(de)注意,无线电(dian)工作者认为其干扰(rao)不大,不予理会(hui),而天文(wen)(wen)学家则均没有意识到它的(de)重大意义(yi)。只是(shi)随着宇宙射电(dian)讯号的(de)不断发(fa)现(xian),天文(wen)(wen)学家才开(kai)始关注这一新(xin)的(de)观测方法。
1946年(nian),英国曼彻斯特大学(xue)开始建造直径(jing)66米(mi)的(de)固定(ding)抛物面射(she)电(dian)望远镜(jing),1955年(nian)又建成了(le)世(shi)界上当(dang)时(shi)最大的(de)76米(mi)直径(jing)的(de)可(ke)转(zhuan)抛物面射(she)电(dian)望远镜(jing)。以后(hou),射(she)电(dian)技术有(you)了(le)长(zhang)足的(de)发(fa)展,射(she)电(dian)望远镜(jing)发(fa)展出了(le)射(she)电(dian)干涉仪(yi),它(ta)由一(yi)组射(she)电(dian)望远镜(jing)组成一(yi)个天线阵,可(ke)以观(guan)测(ce)到很微(wei)弱的(de)射(she)电(dian)源(yuan)。
第(di)二次世界(jie)大(da)(da)战(zhan)之后迅(xun)速(su)兴起的(de)(de)射(she)(she)电天文学(xue)成了天文学(xue)中(zhong)最有活力的(de)(de)新领域(yu),60年代出(chu)现的(de)(de)四(si)大(da)(da)发现就是(shi)在(zai)射(she)(she)电天文学(xue)观(guan)测中(zhong)做出(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。