簡介
林德布拉德的主要科學(xué)工作是研究銀河系和星團的結(jié)構(gòu)和動力學(xué)。1926年為了解釋銀河系中恒星速度分布的不對稱性,首次提出銀河系由許多 銀河系次系組成,并證明 銀河系自轉(zhuǎn)中心在人馬座方向。他廣泛地研究了星系的旋渦結(jié)構(gòu)和旋渦星系的自轉(zhuǎn)，發(fā)現(xiàn)星系中的恒星具有集中在旋臂中的趨向；他是 星系動力學(xué)的先驅(qū)者之一。1942年他提出 密度波理論來解釋星系的旋渦結(jié)構(gòu)。1920年他從事輻射平衡理論研究，并用以解釋太陽臨邊昏暗現(xiàn)象。
1934年首次證明星際塵埃能夠形成小粒子，并通過吸積過程而增大，這種過程對恒星的形成和演化能起很大的作用。他還利用晚型恒星的光譜紫區(qū)的吸收強度和恒星光度之間的關(guān)系，測定絕對星等，并利用氰分子吸收線的強度定出好幾千個暗弱恒星的絕對星等，從而求出視差。
星系動力學(xué)先驅(qū)者
林德布拉德是星系動力學(xué)的先驅(qū)者之一。1926年他首次全面建立了銀河系自轉(zhuǎn)理論。1942年提出了解釋星系旋渦結(jié)構(gòu)的“密度波理論”。此外，1934年首次證明了星際塵埃通過吸積過程而增大，推動了恒星形成與演化的研究。他還建立了一種嶄新的光度定標(biāo)方法，利用氰分子吸收線強度差別確定上千個暗弱星的光度和距離。1948年獲瑞典皇家天文學(xué)會金質(zhì)獎?wù)隆?/p>
星系旋臂形成秘密
借助類比推理探索星系旋臂形成的秘密
在茫茫的宇宙中，和銀河系同一等級的恒星系統(tǒng)即星系何止千千萬萬，但從外觀形態(tài)上看，則可歸結(jié)為三大類型：扁率各不相同的橢圓星系；形同水中旋渦、具有兩條或更多條螺線狀“旋臂”的旋渦星系；形狀不定的不規(guī)則星系。人類所在的銀河系是屬于標(biāo)準的旋渦星系。自1845年羅斯在觀測獵犬座星系M51時發(fā)現(xiàn)旋渦星系存在以來，其神秘而壯觀的旋臂結(jié)構(gòu)起源之謎，一直令天文學(xué)家浮想聯(lián)翩，夜不能寐。進一步的觀測發(fā)現(xiàn)，旋臂都在恒星富集之處，主要成員大都是明亮的年輕恒星，以及由之產(chǎn)生的稠密氣體——塵埃云，其中有許多電離狀態(tài)的氫云（即電離氫區(qū)）。新的恒星以特別高的速率在旋臂處生成，堪稱恒星的搖籃。
“密度波”概念
如何合理地解釋星系旋臂的形成呢？種種假說應(yīng)運而生。林德布拉德在1942年首創(chuàng)“密度波”概念，并在1964年被林家翹等人所發(fā)展。如果整個星系猶如鐵餅或老式留聲機唱片那樣的剛體在旋轉(zhuǎn)，則上面的螺旋花紋的可經(jīng)久不變便不會讓人吃驚了。但星系是由幾十億乃至幾千億顆恒星構(gòu)成的，此外還有大量的星際氣體和塵埃物質(zhì)。當(dāng)它們環(huán)繞星系中心作旋轉(zhuǎn)運動時，離中心越近旋轉(zhuǎn)周期就越短，即角速度越大。按理旋臂應(yīng)該越纏越緊，最后纏卷成一團，最終使旋臂消失殆盡�？芍两裆形从^測到這種現(xiàn)象。有人認為維持旋渦結(jié)構(gòu)的力量來自星際磁場，但觀測和演算結(jié)果都顯示磁場強度不足以維持這種奇特的結(jié)構(gòu)。那么是什么機制形成這種花樣的呢？出身于海軍軍官家庭的林德布拉德，在苦苦思索多少年之后，有一天忽然想到了大海里的水波。
戰(zhàn)爭啟發(fā)
1942年的歐洲，戰(zhàn)云密布。斯大林格勒大血戰(zhàn)正在進行，這是一場關(guān)系到歐洲和人類命運的大搏斗。憂心忡忡的林德布拉德迎著晨風(fēng)，在波羅的海西岸著名的海港斯德哥爾摩的海灘上漫步，身后留下了一串腳印。他在苦苦地思索：歐洲被卷入了戰(zhàn)爭的可怕旋渦，那是希特勒納粹德國造成的；那星系的旋渦又是什么原因造成的呢？不久前有人說，這得去問上帝。但如果什么都去問上帝，那還要科學(xué)家干什么？最近有人將之歸因于星系磁場，恒星就像磁場里的鐵粉呈花紋狀排列。如果真的如此，星系磁場強度則大得不可思議，顯然同觀測結(jié)果不符。那么到底是什么原因呢？一群海鷗掠過水面，激起了無數(shù)漣漪。“哦，水波！水波！”他驚奇地大聲喊道�！拔铱嗫嗨妓髁硕嗄�，怎么沒有想到水波呢？！”他拍了拍自己的腦袋，喃喃自語，思潮起伏。
星系旋臂結(jié)構(gòu)形成的著名假說——“密度波理論”誕生了。類比方法使林德布拉德驀然開竅：如果把星系比作流體而不是剛體，把星系里的無數(shù)恒星比作旋渦運動的水分子，那旋臂結(jié)構(gòu)可以看成是種流體波，即密度波或壓縮波。旋臂并非剛性的物質(zhì)臂，而是由于路經(jīng)這些區(qū)域的恒星和星際氣體以及塵埃因引力作用而密集，密度加大而速度減慢，過了旋臂則因密度減小而加快了速度。旋臂中的“居民”不是一成不變的，而是川流不息的。這就解釋了星系旋臂不產(chǎn)生纏繞的原因。
當(dāng)他從海邊回來時，路上碰到一隊修路工人正在翻修因空襲而被破壞的路面，行人和汽車行至此處都因交通擁擠而不得不放慢速度。這更進一步證實了他的想法。作為類比，狹窄地帶的交通狀況不就是旋臂形成的狀況嗎？！他如夢初醒，匆匆趕回書房，奮筆疾書起來。海風(fēng)從窗口徐徐吹來，窗外是朝陽輝照著的變幻的大海。海的那邊就是古時候的哥尼斯堡，雖然看不見，但他卻聽到了曾經(jīng)生活在那里的先哲康德的一句名言：“每當(dāng)理智缺乏可靠論證的思路時，類比這個方法往往能指引我們前進�！�
斯德哥爾摩的名稱由stock（木棒）和holm（島）組成。當(dāng)?shù)貍髡f古時候梅拉倫湖上漂浮著一根木頭，引導(dǎo)來自錫格蒂納的第一批移民至此建立城市。類比法也是這樣一根神奇的浮木，使林德布拉德終于找到了解開星系旋臂秘密的答案。
博士學(xué)位論文
特征標(biāo)記方法指引發(fā)現(xiàn)新的“量天尺”
1920年，林德布拉德在烏普薩拉大學(xué)通過了博士學(xué)位答辯，他以論文“應(yīng)用輻射轉(zhuǎn)移理論解釋太陽臨邊昏暗”令學(xué)術(shù)界矚目。自此，他的命運的太陽也在冉冉升起。比海洋更浩瀚的是天空。如果說他的父親一輩子都在大海里游弋，則林德布拉德從小就立志要在無垠的星海里飛翔。他深受家庭熏陶，但卻未繼承父業(yè)。他驚嘆天文學(xué)在航海中的“導(dǎo)航”作用，自己竟然會迷上了星星。畢業(yè)后他被派往美國利克天文臺和威爾遜天文臺從事考察和研究，那里良好的條件使他的才華得到施展。在兩年不到的時間里，他找到了確定暗弱恒星光度的一種新的分光光度標(biāo)準，從而找到了確定天體離地球距離的新的“量天尺”。天文學(xué)家多年望而生畏的難題，一朝解決。其重要原因在于林德布拉德勤于思考，立意新穎。具體地說，正是特征標(biāo)記法的思路引導(dǎo)他巧妙地走出了使人望而生畏的沼澤之地。
“梁國雖好，不是久戀之家�！绷值虏祭律钪母退氖聵I(yè)都在祖國。1922年回國后，他擔(dān)任烏普薩拉大學(xué)天文臺臺長貝里斯特朗的助理，繼續(xù)從事對暗星光度的巡天觀測，這一研究領(lǐng)域最終形成了林氏學(xué)派。
對遙遠的天體輻射到地球的星光進行光譜分析以測量其光度強弱，在天文學(xué)上被稱為“分光光度測量”。作為研究天體物理性質(zhì)的重要方法之一，它得益于19世紀末以后照相術(shù)、分光術(shù)和測光術(shù)的發(fā)展，另外還憑借有一定光譜分辨率的儀器，如各類恒星攝譜儀、光電分光光度計等。林德布拉德當(dāng)時在烏普薩拉大學(xué)天文臺用的是各種攝譜儀中最簡單的一種：在天體照相儀的物鏡前加上一塊用以分解光譜的棱鏡，然后用照相機把光譜拍攝下來進行比較和測算，這比用肉眼觀測和記憶強多了。儀器雖談不上先進，但采用的方法卻很新穎，一舉可測出幾千顆暗星的距離，他因此一鳴驚人。
在林德布拉德之前，柯舒特和亞當(dāng)斯已發(fā)現(xiàn)同一種光譜型的恒星（如光度較弱的矮星和光度較強的巨星）大多譜線強度一樣，但也有某些譜
于同一譜線在金牛座α星的光譜強度，而同時SrⅡ4216 線卻正好相反。如能找到這些特殊譜線并配對，估計其強度差就可求出待定恒星的光度。林德布拉德執(zhí)意要找到這種特征譜線。他終于發(fā)現(xiàn)，在巨星和矮星中氰分子（CN）吸收帶強度差別顯著，以這種強度差為橫坐標(biāo)，光度（絕對星等）為縱坐標(biāo)，可得到一光滑曲線（歸算曲線），就能迅速推知未知距離恒星的實際光度。他的方法遠勝于前人，因為這種譜線即使在很低色散的光譜中也是明顯可見的。因此林氏方法很快成為天文學(xué)界普遍采用的新的“量天尺”。因為測得光度就可推算離地球的實際距離，宇宙鴻溝被填平了！
方法揭示
特征分類方法揭示銀河系有次系統(tǒng)
銀河系的恒星約有1011量級的個數(shù)，它們自由自在的邀游決不是雜亂無序的。早在20世紀20年代，林德布拉德就提出星系繞自己的中心旋轉(zhuǎn)的理論。但是從表面上來看，恒星運動并不是對稱性的，幾乎同共同的繞轉(zhuǎn)運動相矛盾。進一步統(tǒng)計后發(fā)現(xiàn)，相對于太陽空間速度越大的恒星（高速星）越是強烈趨向于空間某一區(qū)域，好像那里是宇宙旋渦的中心似的。例如，速度大于100公里/秒的恒星，一致趨向銀經(jīng)175°～365°天區(qū)，仿佛是急急忙忙要到那里赴宴似的。早在1895年，荷蘭的卡普坦就發(fā)現(xiàn)恒星空間運動的方向分布既不是隨機任意的，又不是對稱的。他進一步研究后發(fā)現(xiàn)了所謂“二星流”特異現(xiàn)象。恒星相對太陽系有兩個集中運動方向，即扣除太陽運動效應(yīng)外，銀河系所有恒星都分成兩派，“騎墻派”和“第三條道路”并不存在�！岸橇鳌钡陌l(fā)現(xiàn)一時轟動了天文學(xué)界，引起軒然大波，也強有力地推動了學(xué)界精英紛紛投身研究。那“二星流”的本質(zhì)又是什么呢？
銀河系自轉(zhuǎn)理論第一人
林德布拉德是第一個系統(tǒng)建立銀河系自轉(zhuǎn)理論的人。他認為“二星流”是由銀河系自轉(zhuǎn)效應(yīng)引起的。為了解釋恒星運動的不對稱性，林德布拉德進而提出了銀河系存在空間運動、空間分布和物理特性方面互有區(qū)別的“次系”。不同的次系有一些互相混雜，但按特征不同仍可以分為三類：一類是扁平次系，高度集聚于鐵餅狀的銀道面兩旁，形成扁平形狀的恒星系統(tǒng)，大都是早型恒星如O型星次系、B型星次系、經(jīng)典造父型變星次系和銀河星團次系等。另一類是球狀次系，以銀河系中心為集聚點，形成球狀系統(tǒng)，如天琴座RR型變星次系、亞矮星次系和球狀星團次系等。最后一類是中介次系，介于扁狀與球狀之間。林德布拉德按照恒星的空間分布和運動特征對它們加以分類，并指出存在高速星和低速星的原因在于運動的相對性效應(yīng)。因為太陽以250公里/秒左右的速度繞銀河系的軸心（銀心）運動時，那些相對于整體銀河系幾乎是靜止的球狀次系就顯示出高速的表觀現(xiàn)象，而與太陽差不多速度的就表現(xiàn)為低速星現(xiàn)象。次系實際上就是星族，即星星的不同“種族”，就像地球上有黃種人、白種人和黑種人等一樣。
林德布拉德的星系自轉(zhuǎn)理論和次系概念簡潔明了地解開了貌似復(fù)雜的恒星運動之謎，使之得到自洽的解釋。根據(jù)事物的特征而分類，根據(jù)已有的共同特征去外推可能的對應(yīng)特征，往往會使思維在困境中產(chǎn)生跳躍。
