引言：從地心到日心，從日心到銀心，我們的宇宙觀經(jīng)歷了一次又一次的顛覆。那又是從何時(shí)起，我們才意識(shí)到，銀河系不過(guò)是茫茫宇宙中的一方微不足道的小島的呢？
知識(shí)點(diǎn)I：早期對(duì)“星云”的認(rèn)識(shí)
早在公元150年，古希臘天文學(xué)家托勒密在《天文學(xué)大成》一書(shū)中描述過(guò)在大熊座和獅子座之間有5顆星出現(xiàn)了模模糊糊的樣子。第一個(gè)有明確定位的可能是阿卜杜·阿爾-拉曼·阿爾·蘇菲，在他的《恒星專書(shū)》中提到仙女座那里有“一小塊云朵”。這應(yīng)該是M31仙女座星系最早的明確記錄。在正式發(fā)行的學(xué)術(shù)文章中使用“星云”這個(gè)詞匯的是哈雷，1715年他在英國(guó)皇家學(xué)會(huì)《哲學(xué)會(huì)報(bào)》中講述了他發(fā)現(xiàn)6個(gè)乳白色亮斑，所謂“星云”只不過(guò)表明其所知的對(duì)象具有云霧狀的外觀，并不涉及到對(duì)它們物理性質(zhì)的討論。
知識(shí)點(diǎn)II：威廉·赫歇爾的宇宙
威廉·赫歇爾使用18英寸反射鏡搜集盡可能多的星云種類，在20年里觀測(cè)到的星云已經(jīng)達(dá)到了2500個(gè)，他終于意識(shí)到星云和星團(tuán)有著本質(zhì)區(qū)別。此前，他認(rèn)為星云是更遙遠(yuǎn)的星團(tuán)，只要分辨率足夠，就能看清星云，但后來(lái)他發(fā)現(xiàn)星云中有星，但沒(méi)有很多聚集在一起的星，所以星云一定是客觀存在的新的天體類型。他提出一種宇宙演化的理論：宇宙一開(kāi)始恒星的分布是相當(dāng)均勻的，隨后引力作用使星星在某些地方聚集起來(lái)，形成所謂的星團(tuán)；而其他地方則是彌散狀的星云，引力使它們?cè)诓煌胤侥鄢蔀楦訚饪s的星云，濃縮的星云最終形成一個(gè)個(gè)恒星；這些恒星在引力作用下聚集在一起，先形成廣泛而松散的星團(tuán)，再慢慢形成比較緊密的星團(tuán)。星團(tuán)的劇烈聚集最終會(huì)崩潰，向宇宙發(fā)出光芒，為形成新的彌散狀星云提供物質(zhì)，新的一輪循環(huán)又重新開(kāi)始。
赫歇爾兄妹
知識(shí)點(diǎn)III：發(fā)現(xiàn)螺旋狀“星云”
1845年2月，第三代羅斯勛爵威廉·帕森斯觀測(cè)M51后宣布：有些星云是呈螺旋狀的。不過(guò)當(dāng)時(shí)并沒(méi)有誰(shuí)把銀河系與旋渦星云聯(lián)系起來(lái)。1852年斯蒂芬·亞歷山大教授才發(fā)表一篇題為《銀河系——一個(gè)旋渦》的論文，但響應(yīng)者不多。但是隨著越來(lái)越多的旋渦星云被發(fā)現(xiàn)，銀河系本身是否也是旋渦結(jié)構(gòu)的問(wèn)題才一次又一次地被提及。
大型旋渦星系M51
知識(shí)點(diǎn)IV：光譜觀測(cè)幫助“星云”分類
1864年8月29日，威廉·哈京斯觀察了天龍座內(nèi)的行星狀星云的光譜，發(fā)現(xiàn)光譜只在綠光部分比較明顯，其中有一條顯然與氫有關(guān)。到了1868年他觀測(cè)了大約70個(gè)形狀大小不一的星云的光譜，他發(fā)現(xiàn)大約1/3是氣狀的，看上去像云，2/3是星狀的，有暗弱的連續(xù)光譜?！靶窃啤边@種奇怪的天體到底是“星”還是“云”？是不是因?yàn)樘h(yuǎn)，“星”才變成了“云”？如果太遠(yuǎn)，會(huì)遠(yuǎn)到什么距離呢？
知識(shí)點(diǎn)V：關(guān)于宇宙結(jié)構(gòu)的大辯論
1920年，在華盛頓召開(kāi)了一次史上著名的辯論會(huì)，焦點(diǎn)問(wèn)題就是銀河是否等于宇宙。哈羅·沙普利認(rèn)為太陽(yáng)系所在的銀河系就是整個(gè)宇宙，俗稱“大銀河，小宇宙”。赫伯·柯蒂斯相信康德的“島宇宙”觀點(diǎn)，認(rèn)為那些旋渦星云是跟我們銀河系一樣的“宇宙”，像汪洋大海中漂浮的一個(gè)個(gè)小島，彼此相距甚遠(yuǎn)，他的觀點(diǎn)被稱為“大銀河，大宇宙”。
知識(shí)點(diǎn)VI：哈勃“裁定”辯論結(jié)果
埃德溫·鮑威爾·哈勃從1923年10月開(kāi)始著手系統(tǒng)性地搜索仙女座星云中的新星，在第一張底片上就找到了一顆疑似新星，不過(guò)翻閱歷史照片并連續(xù)跟蹤拍攝多日后確定那是一顆造父變星。是通過(guò)造父變星的周光關(guān)系可以測(cè)量天體的距離，據(jù)此，哈勃測(cè)定仙女座星云距離我們遠(yuǎn)在90多萬(wàn)光年外。隨著第二顆變星的發(fā)現(xiàn)，哈勃的結(jié)論更為確信，仙女座星云是與銀河類似的星系，宇宙要比銀河系大許多。
仙女座星系（M31）
知識(shí)點(diǎn)VII：仙女座星系距離和大小的測(cè)定
既然仙女座星系與銀河系是相似的，那就應(yīng)當(dāng)“賦予兩者相同的地位”，這是重要的思想轉(zhuǎn)變。如果仙女座星系里的恒星和星團(tuán)亮度的特征與銀河系內(nèi)是相同的，那么它就必須在150萬(wàn)-200萬(wàn)光年以外，直徑也要比哈勃的認(rèn)知大出許多。
1944年，巴德將恒星分為兩類。星族I的恒星主要分布于銀道面，包括太陽(yáng)以及鄰近的恒星、疏散星團(tuán)中的恒星，以及電離氫區(qū)、氣體和塵埃等，相對(duì)比較年輕，沿著近圓軌道繞銀河系中心旋轉(zhuǎn)。星族II是老年恒星，沒(méi)有或者很少有氣體和塵埃，主要存在于橢圓星系、旋渦星系中央核球，以及旋渦星系中同樣不含塵埃的球狀星團(tuán)里，沿著橢圓軌道繞銀心運(yùn)動(dòng)。
沙普利用屬于星族II的球狀星團(tuán)測(cè)定銀河系直徑，但用來(lái)矯正周光關(guān)系零點(diǎn)的造父變星位于銀河系旋臂中近距離星族I的恒星，兩者是有區(qū)別的，而哈勃測(cè)定仙女座星系的方法是后者，這些恒星已經(jīng)被證明實(shí)際亮度被低估了，因此它們應(yīng)該更遠(yuǎn)一些。結(jié)論就是仙女座星系要遠(yuǎn)許多也大許多?，F(xiàn)在測(cè)定的距離在254萬(wàn)光年左右，直徑約為22萬(wàn)光年，比銀河系更大。
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