这10大天文学突破 你知道几个？

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　　在恒星能量机制被搞清楚之前，天文学家意识到绝大多数恒星本质上只有两种类型，即所谓的”矮星“和”巨星“。

　　1911年，赫茨普龙（Ejnar Hertzsprung）绘制了恒星的视星等与光谱类型的关系，这些恒星来自昴星团与毕宿星团等疏散星团。1914年，罗素（ Henry Norris Russell）充分利用最新的视差数据，绘制了恒星的绝对星等与光谱类型的关系。赫茨普龙和罗素绘制的图表如今被称为赫茨普龙-罗素图，简称赫罗图。

　　赫茨普龙和罗素都发现存在两种主要的恒星类型：一种是更为常见的矮星，这些太阳大小的恒星占据了图表中的“主序带”，被称为主序星，主序星的光度大约与温度的6.7次方成正比；另一种是不那么常见的巨星，它们的绝对星等约为0。

　　随着时间的推移，更多的恒星类被添加进图表当中。一种是地球大小的黯淡的白矮星，它们的绝对星等在10到14之间，光谱类型大约是B型和A型。另一种是更为罕见的超巨星，它们是质量最大且最明亮的恒星，绝对星等在-5到-8之间。

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　　在1900年的时候，人们普遍认为恒星与地球具有相同的组成。从1925年以来，天文学家开始意识到恒星主要由氢和氦组成，这显然是一个重大的范式转移。

　　佩恩（Cecelia Payne）是这场科学变革的先锋。1925年，在她那篇著名的博士论文《恒星大气》中，佩恩运用了物理学家萨哈（Meghnad Saha）在1920年推导出的方程，将光谱线强度转换为原子数，并最终提出恒星主要由氢和氦这两种元素组成。

　　这个领域的第二个重大突破是认识到恒星主要有两种组成类型：富金属的第一星族和贫金属的第二星族。这是巴德（Walter Baade）在1943年发现的。

　　第三个突破是解释恒星为什么具有独特的化学组成，以及这种化学组成如何随时间变化。有两项成果推动了这个突破：第一项成果解释了宇宙大爆炸后氢氦混合物的初始比例为75% : 25%；第二项成果来自于伯比奇夫妇（Margaret Burbidge 和Geoffrey Burbidge）、福勒（William Fowler）和霍伊尔（Fred Hoyle）四人的工作，他们解释了将氢转化为氦的核合成过程，并扩展到了碳、氧、硅、硫、氩、钙直到铁等重元素的生成；随后这四位科学家还证明，超新星爆发时的快中子捕获过程创造了比铁重的元素，从而将恒星的组成进一步扩展到金、铂和铀等元素。

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　　宇宙中有什么？太阳、行星、彗星、恒星、银河系……在上个世纪初，我们所知道就只有这些很普通的天体。但有没有可能存在一些更加极端的天体？有的。

　　当恒星耗尽自身的燃料时，就会出现奇异的天体。低质量的恒星会演化为地球大小的白矮星，白矮星依靠内部的电子简并压与引力相抗衡。1930年，钱德拉塞卡（Subrahmanyan Chandrasekhar）计算出了白矮星的质量不会超过1.4个太阳质量。一旦恒星的质量超过这个值，恒星就会进一步坍缩成为中子星。1933年，巴德和兹威基（Fritz Zwicky）预言许多中子星是超新星爆发的产物。到了1967年，伯奈尔（Jocelyn Bell-Burnell）通过射电望远镜探测到了第一颗脉冲星的信号（脉冲星是快速旋转的中子星）。最后，那些质量超过3个太阳质量的恒星将进一步坍缩形成最极端的天体——黑洞。

　　还有一种奇异的存在是类星体。1963年，施密特（Maarten Schmidt）探测到了一个强烈的射电源——类星体3C 273，它的红移高达0.158，看起来就像是一个视星等为13的明亮恒星以16.6%的光速远离地球。最后天文学家发现，类星体实际上是星系中央的活动星系核，包含了一个超大质量黑洞，在黑洞的周围是一个吸积盘，并且会释放出相对论性喷流。

　　除了类星体外，活动星系核包含了大量的子类，包括低电离星系核、塞弗特星系核、耀变体、射电星系等。

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　　1964年，彭齐亚斯（Arno Penzias）和威尔逊（Robert Wilson）试图用喇叭型天线找到从通信卫星上反射回的射电波时，他们接收到了无法解释的一些噪音。当他们排除了一切可能性后（包括清理了鸟粪和移走了鸟巢），最终发现这是一些理论学家苦苦寻找的宇宙微波背景（CMB）——这是大爆炸遗留下的热辐射。

　　1949年，霍伊尔做客BBC的时候提到了”大爆炸“一词，用来描述宇宙有一个开端、且一直在膨胀的想法。当然，霍伊尔本身拥护的是另一个理论——稳恒态理论。稳恒态理论曾是大爆炸理论的竞争理论，但当宇宙微波背景被发现后，它也因此失去了立场。

　　如今，随着望远镜的不断升级，科学家能够以更高的精确度测量宇宙微波背景，并可以从中计算出宇宙的年龄、组成、膨胀率等信息。