五十億年的孤寂:最終,我們都會迎來最後一次的哥白尼降級

五十億年的孤寂:最終,我們都會迎來最後一次的哥白尼降級
Photo Credit: ESA / Hubble & NASA, Josh Barrington, CC BY 2.0

我們想讓你知道的是

在可觀測宇宙邊際對超新星爆發的調查顯示,星系之間的空間不只擴張,其擴張本身還受到一種宇宙學家尚只能稱之為「暗能量」的神祕力量所推動,而持續加速。除非宇宙不知為何停止加速擴張,不然宇宙在遙遠的未來將會比現在更孤寂而空蕩。

文:李.比靈斯(Lee Billings)

在一七一六年的《皇家學會報告》(Proceedings of the Royal Society)中,英國天文學家愛德蒙.哈雷主張,金星凌日可以提供一個絕對的地球參照點,讓我們測量宇宙尺度的距離和星球大小。他寫道,金星穿過太陽的軌道,會因為在地球上不同地方觀看,而有小幅差異,也會改變凌日的時間長度。若在兩個相隔甚遠的地方精準地測量凌日時間的差異,就可以透過三角測量法,得知地球與太陽的距離。根據這點,只要簡單的算式就可以得出太陽的真實大小,以及每顆行星的軌道距離,而展現太陽系的物理性質。

在快要接近凌日(一七六一年)的那幾年,歐洲各國組織了一百多支隊伍,前往世界各個最遙遠的角落,試圖進行哈雷所主張的測量。這是有史以來第一個盛大展開的國家贊助國際科學活動,也是一次極大的失敗。天文學家用船隻、雪橇和馬背,把精細的裝備載運到能看見凌日的蠻荒地帶,但往往抵達目的地時,才發現貨物早就破碎變形而無法修理。戰爭、疾病和惡劣天候,讓許多嘗試早在凌日實際發生前就遭遇挫敗。至於從散布各處考察地點傳來的測量結果,都有諸多錯誤且又彼此矛盾,無法發揮效果。

在所有企圖研究一七六一年金星凌日的天文學家中,沒有一個比法國的吉優姆.香提(Guillaume Le Gentil)還倒霉的。香提在凌日前一年就離家,前往印度的法國殖民地。他離開後,英法之間開戰,而他的船隻被暴風遠遠吹到航線之外。當他終於在凌日前幾天抵達印度水域,拿下法國殖民地的英軍卻禁止他上岸。香提不得不離岸觀察一七六一年的金星凌日,然而起伏的海面使他無法精準測量。但他仍堅忍地留在亞洲,等待下一次的凌日。歷經八年的堅苦卓絕,到了一七六九年,他已在印度建好一間小天文台,用來記錄這個事件。

到了預定的一七六九年六月四日前夕,一切準備就緒,天氣晴朗。然而,一陣薄霧卻在夜裡不祥地累積,然後在晨光中蒸散。就在金星開始通過太陽前的幾分鐘,一團厚雲滾了進來,一直到下午凌日結束後沒多久才散開。香提短暫陷入一陣語無倫次的神經錯亂,一陣子後恢復冷靜,便展開漫長的返鄉之旅。他的回程先因為痢疾而脫軌,接著又遇到一場颶風幾乎吹沉他的船。當香提兩手空空於一七七一年回到睽違了十一年半的巴黎,他發現過往的生活已全然分崩離析:他被宣告死亡,財產也都被分光了。

其他人在一七六九年要比香提幸運許多。海軍上校詹姆士.庫克(Captain James Cook)在繼續啟航為英國政府在南太平洋標記並奪取島嶼之前,先在大溪地的山坡頂上,替英國皇家海軍和皇家學會成功記錄了金星凌日。一位叫做大衛.黎頓豪斯(David Rittenhouse)的天文學家,在美國費城的自家農場,替美國哲學會(American Philosophical Society)記錄了凌日,首度將這新崛起的殖民地科學社群送上世界舞台。據說,黎頓豪斯做為天文學家,因為性格過度纖細,受不了凌日出現的那一瞬間而昏倒,而在官方紀錄上留下一段令人費解的空白。

將這些測量結果和廣布全球的考察結合起來後,天文學家敲定了地球與太陽的距離——天文單位(Astronomical Unit,AU),為一億五千萬公里。至此,天文學家們在校準太陽系大小(以及從中校準宇宙大小)上,終於有了一個確實的基準。哥白尼革命因此得以前進。

如今天文學家知道,地球繞行太陽時,拉出了一條大約二點九九億公里的基準線,並回顧古代阿里斯塔克斯的視差測量,開始測量恆星的距離。年年月月過去,不少周遭的恆星都因為從更遠的「固定」恆星前面移動過去,而顯露了它們的距離,就像是低飛的鳥兒,當以更宏大的噴射客機飛過頭頂高空的畫面為背景,咻地一聲就從頭頂飛過你的視野。到了十九世紀中期,天文學家已定期測量星球視差,確認天空中幾乎所有恆星至少都在幾十光年以外。我們的太陽系自此陷入永恆的縮減循環當中,在這個每次在測量上一有新進展就會變得更大的宇宙中,所佔據的那一區塊就會不斷萎縮。

在二十世紀的頭幾十年,美國天文學家建立了下一個哥白尼降級(譯注:哥白尼提出地球非宇宙中心,把地球降級為一個普通的行星。而持續的天文學發現顯示,無論地球、太陽或銀河系,統統不是宇宙的中心。)的星球視差基礎,並打造了現代天文學的領域。首先,銀河的星團空間分布顯示,我們的太陽系並不如許多人所相信的,位於銀河系中央,而是位在銀河系的外緣地帶。

接著,美國天文學家哈伯發現,我們的銀河系是眾多星系中的一個,並發現天空中幾乎所有其他星系,都正在以離譜的速度彼此遠離。宇宙遵循著愛因斯坦藉由相對論所闡明的軌跡,正在不斷擴張中。再一次地,在接下來測量出來的最大尺度中,人們證實宇宙其實比任何人先前膽敢主張的都還要更大更奇異,而我們絕不在其中心。

同時,回到相較之下極小的尺度,在恆星和其行星的領域中,哥白尼革命停滯了。標定周遭恆星的天文學家逐漸發現,我們的太陽完全不是個典型恆星,因為周遭大部分恆星都是些較小較暗、紅色或橙色的矮星。或許太陽系本身也非典型,因為系外行星的存在並沒有取得紮實的證據。許多天文學家開始相信,我們的太陽可能擁有一套在整個銀河系中極其少數的行星系統,儘管到了二十世紀中,越來越多的間接證據指出恆星普遍有行星繞行。