1925年，埃德温 · 哈勃（Edwin Hubble）报告称，在NGC 6822（巴纳德星系）的不规则形状天体中发现了11颗造父变星，后者是一类亮度随时间变化的径向脉动恒星。这一里程碑式的发现使测量地球到银河系外天体的距离（河外距离）成为可能，从而改变了天文学的发展进程。测量的结果极大地扩展了已知宇宙的范围，开创了现代宇宙学理论，并提供了强有力的证据，表明银河系并非孤立存在，而是无数“岛宇宙”中的一员。时至今日，造父变星仍是测量河外距离的核心手段。
哈勃在巴纳德星系中发现造父变星后，又相继测量了地球到三角座星系以及仙女座星系的距离。这些测定结果为银河系外星系（河外星系）的存在提供了直接证据。
测量地球到巴纳德星系距离并非哈勃一人之功，而是建立在此前十年的发现基础之上。1912年，亨丽爱塔 · 勒维特（Henrietta Leavitt）发现造父变星的光度与脉动周期之间存在明确的相关性。通过测量造父变星的周期，可以从这一关系中推导出其本征亮度，如今这被称为“勒维特定律”。根据平方反比定律，恒星的视亮度随距离增加而减弱（距离增加一倍，视亮度降低至1/4）。因此，通过对比恒星的本征光度与地球观测者看到的视亮度，可以直接得出该造父变星到地球的距离。
当时，天文学家使用闪视比较仪对比成对的照相底片。哈勃分析了由美国加利福尼亚州威尔逊山天文台的100英寸胡克望远镜在不同夜晚拍摄的50多张巴纳德星系底片。他在巴纳德星系中识别出了11颗造父变星，随后应用勒维特定律，得出地球与其距离约为214 kpc（1 kpc=3260光年）。哈洛 · 沙普利（Harlow Shapley）此前对银河系直径的估计值已达约100 kpc，而哈勃测出的距离是其两倍以上。哈勃由此通过实证证明，巴纳德星系是一个独立的恒星系统，而非银河系内的气云。他还分辨出数百颗独立的蓝星和红星以及其他类型的变星，证明该恒星系统类似勒维特和沙普利曾研究过的麦哲伦星云。
哈勃和沙普利用于定标的银河系造父变星与哈勃在邻近星系中发现的类型不同，且前者的亮度大约只有后者的1/4。此后，沃尔特 · 巴德（Walter Baade）观测了仙女座星系，并意识到造父变星必然存在两个截然不同的族群。巴德对银河系外星系距离尺度的修正产生了非凡的影响，实际上将已知宇宙的范围扩大了一倍。最近，研究人员利用对长波红外敏感的数字探测器对巴纳德星系进行的距离测量显示，它和地球的距离为499 kpc。这个数值是哈勃1925年估计值的两倍多。
哈勃同时在仙女座星系和三角座星系中寻找造父变星。对这三个星系（巴纳德星系、仙女座星系和三角座星系）造父变星距离的直接测量距离，是哈勃1929年确立星系速度-距离关系的论文中最重要的内容。这一发现为宇宙膨胀提供了证据，并得出了代表膨胀速率的哈勃常数。有时人们认为哈勃1929年论文中给出的每个距离值都基于这三个星系的造父变星测量结果。然而，除了作为仙女座星系卫星星系的M32外，其他距离是通过非造父变星测量估算的：哈勃使用了他认为是星系中最亮的单颗恒星的光度。这一假设后来被证明是错误的。尽管如此，哈勃的主要结论——星系的距离与其速度相关——经受住了时间的考验。值得注意的是，哈勃本人从未完全接受这一关系指向宇宙膨胀的说法。
哈勃常数的数值自诞生以来一直不断演变。在20世纪70年代和80年代，天文学家在两个截然不同的数值间争论不休：50 km/s/Mpc和100 km/s/Mpc（1 Mpc=326万光年）。这一问题通过哈勃空间望远镜得到了解决，该项目将造父变星的距离测量扩展到了近20 Mpc。它还应用了其他几种次级方法，将宇宙距离阶梯（一系列从邻近天体开始并向外推进的测量方法）扩展到了约400 Mpc。该项目测得哈勃常数为72 km/s/Mpc，精度为10%，这与哈勃最初测出的500 km/s/Mpc形成了鲜明对比。在过去的数十年里，出现了一种估算哈勃常数的新方法，该方法基于对宇宙微波背景（大爆炸余辉）温度和偏振微小涨落的测量展开，得出的估计值为67 km/s/Mpc，小于过去几十年间基于造父变星及其他恒星标志物测得的数值（69~74 km/s/Mpc，不确定度为1%~3%）。这些测量结果导致了“哈勃张力”（Hubble tension）的出现，即当前宇宙膨胀速率中存在的一个持久且引人注目的差异，这一差异持续挑战着现代宇宙学理论。如果哈勃张力得到证实，将产生深远影响，预示着超越标准宇宙学模型的新物理学理论的出现。未来，利用更多、更强大观测设备提供的更多数据，将得出更高精度的结果，并检验当前的张力是否反映了新物理学理论的存在。
哈勃1925年发表的关于巴纳德星系距离的论文在恒星天文学与宇宙学之间架起了一座实证的桥梁，并为河外距离阶梯的建立和宇宙膨胀的发现奠定了基础。近一个世纪后，科学家仍在积极寻求更精确的哈勃常数值，这为宇宙的本质、组成及其演化持续提供着日益严格的约束条件。
资料来源 Science
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本文作者温迪·弗里德曼（Wendy Freedman）是一位 天文学家，哈勃常数测量是她的研究重点