我们知道宇宙在膨胀，却弄不懂金字塔
哈勃的观测：星星正在飞离我们——宇宙在膨胀
我们现在所处的宇宙，是什么状态？
目前，科学界普遍认可的宇宙模型是大爆炸模型，也就是说宇宙正在膨胀。此外，他们还认为从大爆炸开始后，宇宙大约已经膨胀了130多亿年。这一重大问题的发现，得益于哈勃的观测。
爱德温·鲍威尔·哈勃，1889年11月出生于美国密苏里州。1906年，17岁的哈勃高中毕业后获得芝加哥大学奖学金，前往芝加哥大学学习。大学期间，他深受天文学家海尔启发，开始对天文学产生浓厚兴趣，在该校时即获数学和天文学的校内学位。1910年，21岁的哈勃从芝加哥大学毕业后，前往英国牛津大学学习法律，并于23岁获文学学士学位。1913年，哈勃在美国肯塔基州开业当律师，但由于对天文学的热爱，不久后他就放弃律师职业，于1914年返回芝加哥大学叶凯士天文台攻读研究生，并于1918年获得博士学位。随后，在获得天文学哲学博士学位和从军两年后，1919年哈勃接受海尔的邀请，赶赴威尔逊天文台（现属海尔天文台）工作。此后，除第二次世界大战期间曾到美国军队服役外，哈勃一直在威尔逊天文台工作。
▲爱德温·哈勃
当时的天文学界，虽然牛顿已经提出了引力理论，表明恒星之间因引力相互吸引，但没有人正式提出宇宙有可能在膨胀。甚至那些相信宇宙不可能静止的人，非但没有想到这一层，反而试图修正牛顿的理论，使引力在非常大的距离之下变成排斥的。这种做法，能够使无限分布的恒星保持一个平衡状态，即临近恒星之间的吸引力会被远距离外的恒星带来的斥力所平衡。但显而易见，这种平衡态是非常脆弱的，一旦某一区域内的恒星稍微相互靠近一些，它们之间的引力就会增强，当超过斥力的作用便会使这些恒星继续吸引到一块去。
▲宇宙的膨胀速率在大爆炸以后变化了很多。最初，膨胀减速，正如大多数科学家认为应当的那样——因为引力作用。但是后来，一种新的力起主导作用并使宇宙膨胀加速。
简言之，由于长时间以来人们都习惯了相信永恒的真理，或者认为虽然人类会生老病死，但宇宙必须是不朽的不变的。所以，即便牛顿引力论表明宇宙不可能静止，且实际情况又表明宇宙中的恒星没有落到一处去，人们依然不愿意考虑宇宙正在膨胀。正是在这样的背景下，哈勃作出了一个里程碑式的观测。
20世纪初，哈勃与其助手赫马森合作，在他本人所测定的星系距离以及斯莱弗的观测结果基础上，最终发现了遥远星系的现状，即无论你往哪个方向上看，远处的星系都在快速地飞离我们而去。这个结论直接表明了，宇宙正在膨胀。随后，哈勃又提出了星系的退行速度与距离成正比的哈勃定律。
哈勃的观测及哈勃定律的提出，为现代宇宙学中占据主导地位的宇宙膨胀模型提供了有利证据，有力地推动了现代宇宙学的发展。此外，哈勃还发现了河外星系的存在，是河外天文学的奠基人，并被天文学界尊称为“星系天文学之父”。为纪念哈勃，小行星2069、月球上的哈勃环形山及哈勃太空望远镜都以他的名字来命名。
▲哈勃太空望远镜重约11吨，有一个直径为2.5米的碟形盘。因1990年第一次发射时的镜片形状不当，不得不于1994年进行了更换。
望远镜中的宇宙：我们看到的，是过去的宇宙
我们现在从望远镜中看到的宇宙，就是这一时刻的宇宙景象吗？
答案是否定的。此时此刻，你从望远镜中观测到的宇宙，其实只是它过去的样子，至于它此刻到底发生了什么，我们无从知道。望远镜，其实就像是一台时间机器，将我们带入了宇宙的过去，我们观测得距离越遥远，看到的宇宙景象就越古老。
▲美丽的星空
试着想一下吧！宇宙中的长度单位是光年，在真空中光一年传播的距离可以达到9.5万亿千米。按照这个速度来看，从太阳到地球，光只需要走不到8分钟的时间。也就是说，如果此刻我们看到了太阳光，那么这束光其实是太阳8分钟之前就发出的。同样的道理，地球距离半人马座α星的距离是大约4.22光年，因此我们此刻看到的比邻星也是它4年多前的影像。如此一来，我们看到的，不就是过去的宇宙吗？
当然了，几年的时间，跟那么多恒星几百亿年的生命历程相比是微不足道的，宇宙中多得是距离我们几百万光年、几千万光年甚至是几亿光年的天体。当我们从望远镜中看到它们的时候，事实上从它们发出的光线已经在宇宙中传播了几百万年、几千万年甚至几亿年。也就是说，我们现在从望远镜中看到的天体的景象，其实已经过去了很长很长的时间，甚至我们看到的一些恒星，很可能早就在茫茫宇宙中消亡了，但从它传出的光线还在浩瀚的宇宙中不断传播，远远没有到达地球。因此完全可以说，天体离我们的距离越远，我们看到的它们的影像就越古老。
▲瑞典的欧洲50望远镜设计得几乎与自由女神像一样高，包含有分割的50米直径的镜片。这样的望远镜可使天文学家能够看到宇宙中最模糊的物体。
对天文学家来说，找出协调所有科学理论的大统一理论，由此来推断宇宙的过去和未来，弄清楚生命起源和宇宙起源的奥秘，是一切科学理论的终极目标。而人的寿命不过区区数十年，人类文明史也不过区区几千年，跟已经存在了130多亿年的宇宙相比，甚至跟已经存在了几百万年、几千万年的恒星相比，简直不值一提。对地球上的人类来说，我们无法像观看春华秋实一样目睹、观察一颗恒星的完整生灭过程，更无法由此来得出更多有用的关于宇宙的信息。所以，观察这些离我们超级远的星星，甚至是已经消亡的星星，等同于在研究宇宙的过去，它可以帮助人类更好地探寻天体是如何进化的，并由此得出宇宙诞生之初的某些信息。
所以说，要了解宇宙的过去，只要观测更远的天体就可以了。当然，这一目标的实现要依赖于人类不断发展的科技水平，依赖于更加先进的望远镜。
金字塔之谜：外星文明的产物或上个世代的地球遗产
作为世界七大奇迹之一，埃及人建造的金字塔显示出了当时的人类令人惊异的天文知识，成为至今仍难以解开的谜团。
古埃及是世界上历史上最悠久的文明古国之一，而埃及人建造的金字塔，更以其精湛的建筑技术、精确的定位技术，成为让建筑技术发达的现代人都惊叹不已的大工程。作为古埃及法老的陵寝，金字塔建造于沙漠之中，大体分布在尼罗河两岸，结构精巧，外形宏伟，是埃及的象征。
在诸多埃及金字塔中，首都开罗郊外的胡夫金字塔，是最著名的。这不光是因为它是所有金字塔中最大的，还因为它包含了诸多丰富的天文知识和数学知识。例如，用胡夫金字塔的底部周长除以其高度的两倍，得到的商值是3.14159，也就是圆周率π，这个精确度超过了希腊人算出的圆周率3.1428；塔内部的直角三角形厅室，各边之比为3∶4∶5，体现了勾股定理的数值；塔总重约为6000万吨，若乘以10的15次方，刚好是地球的重量；塔高度的10亿倍，恰好是地球到太阳的距离；塔底边长230.36米，是361.31库比特（埃及度量单位），这大约是1年的天数；塔底面正方形的纵平分线延伸至无穷远处，刚好是地球的子午线，而且这条纵平分线不但把地球上的陆地和海洋恰好分成了两半，也把尼罗河口三角洲平分成了两半；塔的中心刚好位于各大陆引力的中心。
▲埃及开罗胡夫金字塔
对于胡夫金字塔内如此多面而又精确的数据，人们不仅奇怪：难道埃及人在远古时代就已经能够进行如此精确的天文与地理测量，拥有如此发达的天文学知识了吗？这样看来，金字塔是否可能是外星人遗留在地球上的建筑物，或者干脆就是上一个世代地球高度文明遗留的遗产？
当然，这些大胆浪漫的猜测并无确凿的根据，却给埃及金字塔蒙上了更多神秘的面纱，也更加剧了人们研究金字塔的热情。1862年，美国天文学家艾尔文·卡拉克用当时最大的望远镜发现了天狼星是甲、乙双星组成的，甲星是全天第一亮星，乙星一般被称为天狼星的伴星，是体积较小、无法被肉眼看到的白矮星。但人们在金字塔的经文中，竟然发现了对天狼星双星系统的记录。此外，1974年还有学者提出，美洲阿兹特克冥街上的金字塔和神庙等物刚好构成了一副迷你版的太阳系模型，在这副模型中，人们甚至可以看到直到1930年才发现的冥王星的轨道数据。
当然，关于埃及神秘的金字塔，一直众说纷纭。实际上，关于为什么建造金字塔、什么时候建造的、具体是如何建造的，以及其中为何包含那么多今天人们才观测到的宇宙数据，这些问题时至今日仍然是未解之谜。金字塔到底是外星人留在地球上的建筑物，还是上个世代地球文明的遗产，目前我们还不得而知。不过，相信终有一天，当我们的科技水平足够发达，天文知识越来越丰富，对宇宙的认知越来越清晰时，那些隐藏在金字塔数据中的“天文巧合”或许就能得到清晰的解答，金字塔也能最终揭开神秘的面纱。
宇宙未解之谜：虚空中的巨大空洞和宇宙长城
跟地球上的金字塔相比，宇宙中的未解之谜更加令人难以想象。随着人类不断探索宇宙的奥妙，人类的视野从地球扩展到太阳系、银河系、星团、超星系团，但我们依然无法了解宇宙的万分之一，未来的宇宙，将有更多的谜题等待我们解答。
1981年，一个天文小组在牧夫座和大熊座之间，距离银河系大约3亿光年的地方，发现了一处直径大约1.5亿光年的空间，其中没有任何天体、星系，甚至也没有发现暗物质。这样的宇宙空间就被称为“空洞”。牧夫座空洞是迄今为止发现的最大的空洞之一，有时候它也被称为超级空洞。之后，科学家又在其他地方观测到了空洞的存在。这些几乎没有任何星系存在的区域使得宇宙看起来就像一个巨大的蜂巢。2007年，美国天文学家在猎户座西南方向的波江星座中发现了一个巨大的空洞，其直径竟达10亿光年，这样的体积远远超过了以前发现的任何一个空洞，也大大超出了天文学家们的想象。对此，美国夏威夷大学天文学家布伦特·图里曾惊讶地说：“那里就像是被人取走了东西，我们想也没想到会发现这么大的‘空洞’。”
如今，在天文学上，空洞指的是纤维状结构之间的空间，它与纤维状结构一起是宇宙组成中最大尺度的结构。通常，空洞中只包含很少或者完全不包含任何星系，一些特别的、空间等同超星系团的大型空洞，也时常被称为超级空洞或超空洞。不过，宇宙间这些“空洞”到底是如何形成的、形成于何时，至今我们仍不得而知。
除了巨大的“空洞”，宇宙中还存在着许多不可思议的结构，令人类叹为观止又无法解释。1989年，天文学家格勒和赫伽瑞领导的一个小组，在从星系地图上标注恒星系的分布时，赫然发现星系、星系团的分布即使在大尺度下也不是均匀的，反而连接成了条带状结构。这个结构长约7.6亿光年，宽度达2亿光年，厚度约1500万光年，就像一条宇宙版的万里长城。后来，人们就把这个条状结构称为“格勒-赫伽瑞长城”。此后，在2003年10月，以普林斯顿大学的天体物理学家J.理查德·格特为首的一组天文学家启动了一个名为斯隆数字天空观测计划的项目，对1/4片天空中的100万个星系相对地球的方位和距离进行了测绘，并把它们描绘在了一张宇宙地图上面。结果，运用最新的天文观测数据，人们从中绘出了一条长达13.7亿光年的、由星系组成的宇宙长城，这个后来被命名为“斯隆”的巨大无比的“长城”再一次让地球人目瞪口呆。
▲宇宙长城
现在人们知道，宇宙版的长城，实际上是由众多恒星构成的条带状结构。通过观测发现，宇宙中的大量星系都集中在这样一些特定的区域上，在这种极大的尺度结构上看去就像是长长的链条，因此叫宇宙长城。不过，宇宙长城究竟是如何形成的，是否有规律可循，是人类探索宇宙过程中的又一个谜题。
当然，除了宇宙空洞和宇宙长城，宇宙中还有很多谜题等待人类去解答。无论怎样，随着人类科技的迅猛发展，相信我们对宇宙的认知会越来越多，越来越清晰。
迈向明天的宇宙学：乘着技术革新之风，向宇宙尽头进发
宇宙究竟如何产生、发展，又将如何结束？宇宙的构造到底是怎样的？行星和星系系统究竟是如何演化的？在太阳系之外像人类所在的这种行星系统普遍存在吗？人类之外，是否还有智慧生命存在？这些问题，是人类一直困扰并迫切想知道的。而自古以来，正是人类对宇宙的这种强烈好奇心，促使天文技术不断进步，从而推动了宇宙学的发展，让人们对宇宙的观测和探索不断加深。
▲与望远镜同样重要的是它的底座以及安放它的穹顶。底座为望远镜提供了一个稳定的基础，使得它不发生晃动。穹顶为望远镜提供了全天候的保护。天体在天空中通过赤经和赤纬的坐标系统定位。赤经数值给出了望远镜围绕地平线需要转动多远距离的测量标准，而赤纬表示了它应指向多高的位置。望远镜同样需要一个驱动系统——一个用以抵消地球旋转影响的发动机。
▲大型望远镜很难建造：使大型镜片准确成型非常困难，镜片会由于过于沉重发生弯曲。为了克服这些，凯克望远镜采用了一种先进的系统，其中镜片被分为36块六角形，它们通过计算机控制机制排列，被准确地放置。这使得凯克望远镜能够支撑一个直径10米的主镜，并且成为世界上最大的望远镜。第二台MMT（多镜片望远镜）目前正在建造中。
几千年以来，人类一直都用肉眼观察天象，这无疑限制了人类对星空的探索。19世纪40年代，纽约的德雷柏成功完成了一张月亮的银版照相，首次将摄影技术应用到天文学研究中去，使人类摆脱了几千年肉眼的限制，看到了更美丽的“星星”世界。虽然，德雷柏当时得到的照片无法与现在的天体摄影照片相媲美，但他的做法是意义深远的。此后，摄影技术就开始被应用到天文学研究中去。天体摄影最大的优点在于，长时间的曝光，能够采集到更多的光，这样就能拍摄到从远处星系传来的微弱的光线。例如，很多时候一些星云即使从望远镜中人眼也观测不到，但在照片中能辨认出来。不过，要拍摄一个极其暗淡的天体，常需要若干小时的曝光才能得到较清晰的图像。此外，照相技术还能很好地保存观测结果，以便在下次需要的时候可以继续使用。
摄影技术应用到天文学上的同时，也推动了天文学的革命。以前，天文学家要想观测到更远的星系，只能增大望远镜的口径，如1908年美国制造的望远镜口径是1.5米，到1918年就增大到了2.5米，而到1946年又增大到了5米。这之后，除了直到1996年才制造出的口径为10米的大望远镜后，人们一直没有再制造出其他的大望远镜。这无疑是因为大望远镜非常重，要想支撑望远镜长时间正确地指向天体的方向，在技术上很难办到。所幸，到20世纪80年代，光电耦合器件CCD的应用让照相底片也成为历史。应用CCD照相机，天文学家可以拍摄到望远镜采集的光线的90%，这进一步推动了天文学的研究。
随着科技水平的不断发展，到20世纪后半叶，新的发现和新的成果不断涌现。伽马暴的发现，暗物质的进一步研究，大型计算机的应用，新的高能卫星的观测应用，大样本巡天观测，宇宙空洞以及宇宙长城的发现，类太阳系的发现等，都为天体物理的发展起到了巨大的推动作用。而进入21世纪，人类更将目光投向了外太空，各种新技术的研制、使用，先进的天文观测卫星的发射升空，以及各国在天文学研究上投入的大量人力、物力、财力，无疑让我们看到了人类全力探索宇宙、寻找宇宙奥秘的决心。明天的宇宙学，人类将乘着这股技术改革之风，向宇宙的尽头不断进发。