一个世纪前，埃德温·哈勃证明了银河系只是不断膨胀的宇宙中众多星系之一，从而彻底改变了我们对宇宙的认识。这一突破使我们发现了宇宙的浩瀚规模及其不断扩张，挑战了我们的认知，加深了我们对宇宙的好奇心。
埃德温·哈勃通过发现银河系以外的其他星系并揭示宇宙的膨胀，打破了 20 世纪 20 年代天文学的界限，开启了宇宙探索的新时代。
一百年前，天文学家埃德温·哈勃重塑了我们对宇宙的理解。1925 年 1 月，在美国天文学会的一次会议上，一位同事代表他提交了一篇论文，提出了一项开创性的说法：仙女座星云 (M31) 距离我们近一百万光年。这个距离使它远远超出了银河系，证明了我们的星系并不是整个宇宙。
哈勃的发现为研究我们星系以外的星系打开了大门。此后的几年里，像我这样的天文学家发现了一个广阔而不断扩张的宇宙，其中充满了数万亿个星系，从根本上改变了我们对太空的看法。
仙女座星系（M31）是我们银河系最大的星系邻居。图片来源：NASA/JPL-Caltech
1610 年，伽利略利用当时新发明的望远镜发现银河系是由无数暗淡的恒星组成的。此后的三个世纪，天文学家一直认为银河系就是整个宇宙。
随着望远镜的改进，天文学家观察到了神秘而模糊的光斑，即星云。到 18 世纪末，威廉·赫歇尔利用恒星计数绘制了银河系地图，并记录了超过一千个星云和星团。他和他那个时代的大多数天文学家一样，认为这些星云只是我们银河系内的物体。
查尔斯·梅西耶还于 1781 年制作了一份包含 100 多个著名星云的目录。梅西耶对彗星很感兴趣，所以他的目录是一组可能被误认为是彗星的模糊物体。他希望彗星猎人避开它们，因为它们不会在天空中移动。
随着越来越多的数据积累，19 世纪的天文学家开始发现星云是混杂的。有些是气态恒星形成区，如猎户座星云或 M42（梅西耶星表中的第 42 个天体），而其他则是星团，如昴宿星团或 M45。
第三类星云——具有螺旋结构的星云——特别引起了天文学家的兴趣。仙女座星云M31 就是一个突出的例子。从黑暗的地方用肉眼就可以看到它。
早在 18 世纪中叶，天文学家就推测某些星云可能是遥远的恒星系统或“宇宙岛”，但没有数据支持这一假设。宇宙岛指的是银河系外可能存在巨大的恒星系统的想法——但现在天文学家将这些系统称为星系。
1920年，天文学家哈罗·沙普利和赫伯·柯蒂斯进行了一场大辩论。沙普利认为螺旋星云很小，位于银河系内，而柯蒂斯则持更激进的观点，认为它们是独立的星系，非常大而且遥远。
当时，争论尚无定论。天文学家现在知道，星系是孤立的恒星系统，比它们之间的空间小得多。
埃德温·哈勃年轻而雄心勃勃。30 岁时，他来到南加州威尔逊山天文台，正好赶上使用当时世界上最大的新型胡克100 英寸望远镜。
他开始拍摄螺旋星云的底片。这些玻璃底片使用覆盖其表面的感光乳剂记录夜空的图像。望远镜的尺寸使其能够拍摄非常暗淡的物体的图像，其高质量的镜面使其能够区分某些星云中的单个恒星。
在天文学中估算距离是一项挑战。想象一下，在漆黑的夜晚，估计某人用手电筒照你的距离有多难。星系的大小和质量范围非常广泛。测量星系的亮度或表观大小并不能很好地指导其距离。
哈勃望远镜利用了亨丽埃塔·斯旺·勒维特10 年前的一项发现。亨丽埃塔·斯旺·勒维特在哈佛大学天文台担任“人体计算机”，辛苦地在底片上测量数千颗恒星的位置和亮度。
埃德温·哈勃在威尔逊山天文台使用望远镜。图片来源：华盛顿卡内基研究所
她对造父变星特别感兴趣，造父变星的亮度会定期脉动，因此它们会在特定周期内变亮或变暗。她发现了造父变星的变化周期或脉动与其固有亮度或光度之间的关系。
测量造父变星的周期后，就可以利用平方反比定律根据其亮度计算出距离。恒星距离越远，亮度就越暗。
哈勃努力工作，每个晴朗的夜晚都会拍摄螺旋星云的图像，寻找造父变星的迹象。到 1924 年底，他在 M31 中发现了 12 颗造父变星。他计算出 M31 的距离是惊人的 90 万光年，但他低估了它的真实距离——大约 250 万光年——因为他没有意识到有两种不同类型的造父变星。
他的测量结果标志着有关银河系大小和星云性质的大辩论的结束。哈勃将他的发现写信给了哈罗·沙普利，后者认为银河系涵盖了整个宇宙。
“这是一封摧毁我的世界的信，”沙普利评论道。
哈勃一直渴望得到公众关注，他在一位同事于华盛顿特区举行的天文学家年会上发表论文的五周前，将自己的发现泄露给了《纽约时报》。
2009 年 5 月 19 日，哈勃望远镜被亚特兰蒂斯号航天飞机的机组人员释放，漂浮在地球上空。机组人员在五次太空行走中完成了所有计划任务，使维修任务 4 (SM4)——宇航员第五次访问哈勃太空望远镜——取得了圆满成功。图片来源：NASA但哈勃并没有就此止步。他的第二项重大发现也彻底改变了天文学家对宇宙的理解。当他将数十个星系发出的光分散成光谱，记录下每个波长的光量时，他注意到光总是向更长或更红的波长移动。
来自星系的光穿过棱镜或从望远镜的衍射光栅反射，捕捉从蓝色到红色的光强度。
天文学家把这种向更长波长的转变称为红移。看起来这些红移星系都正在远离银河系。
哈勃的结果表明星系距离地球越远，远离地球的速度就越快。哈勃获得了这一发现的大部分荣誉，但洛厄尔天文台天文学家维斯托·斯利弗也注意到了同样的现象，但没有发表他的数据，他也预料到了这一结果。
哈勃提到星系具有退行速度，即远离地球的速度，但他从未弄清楚它们远离地球是因为宇宙越来越大。
比利时宇宙学家兼天主教神父乔治·勒梅特 (Georges Lemaitre)意识到广义相对论描述的是一个不断膨胀的宇宙，从而建立了这种联系。他认识到星系之间的空间膨胀可能会导致红移，使它们看起来彼此之间以及与地球之间的距离越来越远。
勒梅特是第一个提出膨胀必定是在大爆炸期间开始的人。
美国宇航局以哈勃望远镜命名了其旗舰太空天文台，35 年来它一直用于研究星系。天文学家经常观测的星系比 20 世纪 20 年代观测到的星系暗淡数千倍，距离也更远。詹姆斯·韦伯太空望远镜则将这一极限进一步推向了新高度。
目前的记录保持者是一个距离我们 340 亿光年的星系，它是在宇宙大爆炸后仅 2 亿年被发现的，当时的宇宙比现在小 20 倍。埃德温·哈勃看到这样的进步一定会感到惊讶。
作者是亚利桑那大学天文学杰出教授克里斯·英佩 (Chris Impey)。
改编自最初发表在《对话》杂志上的一篇文章。