XXIX：从大银河到大宇宙

引言：从地心到日心，从日心到银心，我们的宇宙观经历了一次又一次的颠覆。那又是从何时起，我们才意识到，银河系不过是茫茫宇宙中的一方微不足道的小岛的呢？

知识点I：早期对“星云”的认识

       早在公元150年，古希腊天文学家托勒密在《天文学大成》一书中描述过在大熊座和狮子座之间有5颗星出现了模模糊糊的样子。第一个有明确定位的可能是阿卜杜·阿尔-拉曼·阿尔·苏菲，在他的《恒星专书》中提到仙女座那里有“一小块云朵”。这应该是M31仙女座星系最早的明确记录。在正式发行的学术文章中使用“星云”这个词汇的是哈雷，1715年他在英国皇家学会《哲学会报》中讲述了他发现6个乳白色亮斑，所谓“星云”只不过表明其所知的对象具有云雾状的外观，并不涉及到对它们物理性质的讨论。

知识点II：威廉·赫歇尔的宇宙

       威廉·赫歇尔使用18英寸反射镜搜集尽可能多的星云种类，在20年里观测到的星云已经达到了2500个，他终于意识到星云和星团有着本质区别。此前，他认为星云是更遥远的星团，只要分辨率足够，就能看清星云，但后来他发现星云中有星，但没有很多聚集在一起的星，所以星云一定是客观存在的新的天体类型。他提出一种宇宙演化的理论：宇宙一开始恒星的分布是相当均匀的，随后引力作用使星星在某些地方聚集起来，形成所谓的星团；而其他地方则是弥散状的星云，引力使它们在不同地方凝聚成为更加浓缩的星云，浓缩的星云最终形成一个个恒星；这些恒星在引力作用下聚集在一起，先形成广泛而松散的星团，再慢慢形成比较紧密的星团。星团的剧烈聚集最终会崩溃，向宇宙发出光芒，为形成新的弥散状星云提供物质，新的一轮循环又重新开始。

赫歇尔兄妹

知识点III：发现螺旋状“星云”

       1845年2月，第三代罗斯勋爵威廉·帕森斯观测M51后宣布：有些星云是呈螺旋状的。不过当时并没有谁把银河系与旋涡星云联系起来。1852年斯蒂芬·亚历山大教授才发表一篇题为《银河系——一个旋涡》的论文，但响应者不多。但是随着越来越多的旋涡星云被发现，银河系本身是否也是旋涡结构的问题才一次又一次地被提及。

大型旋涡星系M51

知识点IV：光谱观测帮助“星云”分类

       1864年8月29日，威廉·哈京斯观察了天龙座内的行星状星云的光谱，发现光谱只在绿光部分比较明显，其中有一条显然与氢有关。到了1868年他观测了大约70个形状大小不一的星云的光谱，他发现大约1/3是气状的，看上去像云，2/3是星状的，有暗弱的连续光谱。“星云”这种奇怪的天体到底是“星”还是“云”？是不是因为太远，“星”才变成了“云”？如果太远，会远到什么距离呢？

知识点V：关于宇宙结构的大辩论

       1920年，在华盛顿召开了一次史上著名的辩论会，焦点问题就是银河是否等于宇宙。哈罗·沙普利认为太阳系所在的银河系就是整个宇宙，俗称“大银河，小宇宙”。赫伯·柯蒂斯相信康德的“岛宇宙”观点，认为那些旋涡星云是跟我们银河系一样的“宇宙”，像汪洋大海中漂浮的一个个小岛，彼此相距甚远，他的观点被称为“大银河，大宇宙”。

知识点VI：哈勃“裁定”辩论结果

       埃德温·鲍威尔·哈勃从1923年10月开始着手系统性地搜索仙女座星云中的新星，在第一张底片上就找到了一颗疑似新星，不过翻阅历史照片并连续跟踪拍摄多日后确定那是一颗造父变星。是通过造父变星的周光关系可以测量天体的距离，据此，哈勃测定仙女座星云距离我们远在90多万光年外。随着第二颗变星的发现，哈勃的结论更为确信，仙女座星云是与银河类似的星系，宇宙要比银河系大许多。

仙女座星系（M31）

知识点VII：仙女座星系距离和大小的测定

       既然仙女座星系与银河系是相似的，那就应当“赋予两者相同的地位”，这是重要的思想转变。如果仙女座星系里的恒星和星团亮度的特征与银河系内是相同的，那么它就必须在150万-200万光年以外，直径也要比哈勃的认知大出许多。

       1944年，巴德将恒星分为两类。星族I的恒星主要分布于银道面，包括太阳以及邻近的恒星、疏散星团中的恒星，以及电离氢区、气体和尘埃等，相对比较年轻，沿着近圆轨道绕银河系中心旋转。星族II是老年恒星，没有或者很少有气体和尘埃，主要存在于椭圆星系、旋涡星系中央核球，以及旋涡星系中同样不含尘埃的球状星团里，沿着椭圆轨道绕银心运动。

       沙普利用属于星族II的球状星团测定银河系直径，但用来矫正周光关系零点的造父变星位于银河系旋臂中近距离星族I的恒星，两者是有区别的，而哈勃测定仙女座星系的方法是后者，这些恒星已经被证明实际亮度被低估了，因此它们应该更远一些。结论就是仙女座星系要远许多也大许多。现在测定的距离在254万光年左右，直径约为22万光年，比银河系更大。