过去两个世纪最重要的20项宇宙发现

很难想象过去200年里，我们对宇宙的理解取得了多大进步。回到19世纪初，我们甚至不知道星星有多远，它们由什么组成，或者它们是如何运作的。

我们不知道宇宙是什么，它有多大，甚至不知道支配它的法则是什么。我们当时太阳系内已有七颗行星，天王星于1781年被发现，并发现了几颗小行星：位于火星和木星轨道之间的天体。

我们不知道银河系的本质，也不知道银河系之外是否存在什么。我们不知道宇宙是无限永恒的，还是在空间或时间上是有限的。

这些都已经改变了，甚至更多。如今，我们不仅知道恒星和星系的工作原理，还能追溯宇宙历史数十亿年前：大爆炸，甚至更早的暴胀时期。

我们不仅知道我们自身的物质，还知道辐射、中微子、等离子体、暗物质，甚至暗能量。我们不仅通过可见光看到宇宙，还能看到超出我们肉眼所能见的波长，以及粒子和引力波。

虽然这些科学进展是通过缓慢而细致的研究实现的，但我们也取得了巨大的飞跃。

从200年前至今，这里有20项真正向人类敞开宇宙的伟大成就和发现。

61天鹅座是第一颗测量并发表视差的恒星（早在1838年），但由于其大本位运动，也是一个难以实现的案例。这两张以红色和蓝色叠加、几乎相隔整一年拍摄的照片，展示了这个双星系统惊人的速度。如果你想极其精确地测量一个天体的视差，你会同时进行两个“双筒”测量，以避免恒星在星系中的运动影响。盖亚在描绘邻近恒星轨道时表现出极佳，且与伴星有较小的距离，但面对更远、更宽的双星系统则面临更多挑战。致谢： Lorenzo2/业余天文学家论坛

1830年代：视差被发现.如果地球真的绕太阳公转，那么应该可以看到最近的恒星相对于更远背景恒星的表观位置发生变化，因为地球在一年内相对位置变化多达3亿公里。

几个世纪以来，视差都看不见，弗里德里希·贝塞尔终于做到了1838年，用于61号天鹅座。后来我们得知，托马斯·亨德森在1832-1833年观测到了半人马座阿尔法星并看到视差但他害怕在贝塞尔发表后才发表他的发现，亨德森直到1839年才发表了他的成果。

地球确实绕太阳公转。

1840年代：海王星被发现.面对第七颗行星来测试开普勒定律，天文学家们注意到一个重大异常：它似乎违反了开普勒第二定律。它不是形成一个“在相同时间内扫除等面积”的椭圆，而是先移动得太快，然后速度正确，接着又太慢。

几位理论家探讨了更远的第八行星在引力上牵引天王星的想法，但乌尔班·勒韦里耶猜对了，并将他的预测发送到柏林天文台，约翰·加勒和海因里希·达雷斯特在信件抵达当晚发现了海王星：1846年9月23日。

它是首次通过引力效应发现物质单独说：“暗物质。”

几十年来，人们观察到天王星运动过快（左），然后是正确速度（中心），再慢（右）。如果天王星上还有一个额外的外部巨大世界，这可以在牛顿的引力理论中解释。在这个可视化中，海王星是蓝色，天王星是绿色，木星和土星分别是青色和橙色。致谢：迈克尔·里士满/罗切斯特理工学院

1850年代：卡灵顿事件发生.可以说，太阳天文学和日物理学史上最重要的事件之一，天文学家理查德·卡灵顿正在追踪一个大型、不规则的太阳黑子当它突然发出“白光闪光”时，以前所未有的亮度，持续了大约5分钟。

17小时后，地球上有史以来最大的地磁风暴发生，极光直达赤道，早期电气化系统（如电报）启动并起火：这是首次电网中断。自那以后，太阳天文学取得了巨大进步，但如果今天发生类似卡灵顿的事件，将是一场数万亿美元的灾难。

令人担忧的是，我们根本没有采取任何实质性的对策。

19世纪60年代：光谱学使氦气得以发现.19世纪60年代初，天文学家威廉·哈金斯首次将光谱学技术应用于恒星光：将光分成其组成波长。

仅仅几年后，1868年，天文学家皮埃尔·扬森和诺曼·洛克耶在太阳大气中探测到一条未知的光谱线：这是氦气的首次探测，在太空中发现时，氦气还未被隔离到地球。

（这是任何元素首次出现这种情况。）如今，光谱学被用来识别各种原子、离子和分子指纹，但19世纪60年代是首次将其用于宇宙目的，并带来了深远的成果。

太阳的可见光谱，帮助我们不仅了解其温度和电离，还能判断存在元素的丰度。长而粗的线是氢和氦，但每隔一排线则来自前一代恒星产生的重元素，而非炽热的大爆炸。致谢:N.A.Sharp，NOAO/NSO/基特峰 FTS/AURA/NSF

19世纪70年代：恒星分类的开创.虽然我们今天理解恒星颜色与温度之间的复杂关系，以及光谱线、成分和电离之间的关系，但这是一个漫长而缓慢的过程，我们花了数十年才确定现代的定义方案。

但恒星分类始于19世纪70年代，由安杰洛·塞基（Angelo Secchi）开始.塞基创建了基础的四个等级：

• I：由白色和蓝色的星星组成，带有粗壮的氢线，
• 二：黄色星星，带有显著的金属线条，
• III和IV：橙色、红色和富含碳的恒星，

根据颜色和光谱线突出度等可测量属性将恒星划分为不同类别。天文学家赫尔曼·福格尔随后在1870年代统一了塞基的两个类别，细分了类别以追踪线间的细微差异：这标志着恒星分类的诞生。

19世纪80年代：星云与银河天文摄影的开始.尽管摄影已经存在了几十年，第一张星星的照片早在19世纪50年代就已拍摄，但正是望远镜和相机的结合，首次开始揭示深空天体中那些人眼无法察觉的微弱结构。

它极大提升了我们对猎户座星云以及最壮观的仙女座星云（现称仙女座星系，包括其螺旋臂的发现）细节的提升，为现代长曝光天文学奠定了基础，从摄影底片到现代数字图像。

这张1888年由艾萨克·罗伯茨拍摄的仙女座星系照片，是首张拍摄其他星系的天文照片。该照片未使用任何光度滤光片，因此不同波长的光线被加在一起。自1888年以来，属于仙女座星系的每一颗恒星都没有明显移动，这极大地展示了其他星系的距离有多么遥远。虽然仙女座在即使是稍暗的天空下也是一个肉眼天体，但它直到964年才被记录下来，直到1923年才被证明是星系外的。致谢：艾萨克·罗伯茨

19世纪90年代：发现他们的.......可以说，这是通往相对论道路上最重要的一步，洛伦兹变换将早期的光速不变性概念（来自麦克斯韦方程组）、迈克耳孙-莫利实验的零结果以及长度收缩的概念（来自菲茨杰拉德）结合起来，首次预测了时间膨胀，并正确说明了接近光速时速度的相和： 违背牛顿定律。

这为爱因斯坦先是狭义相对论和广义相对论的发展铺平了道路，进而形成了我们20世纪现代的现实图景。