年11月23日,美国天文学家哈勃在一份报纸上写道,仙女座星系不在银河系,而是在其他星系中,宇宙中有很多星系。这是人类首次确认河外星系的存在。
“天外有天”常用来比喻人的知识或能力总是有限的,但认识事物的过程却是无限的。在天文学中,“天”可以理解为“宇宙”。天文学是一门研究宇宙和天体的自然科学。
人类认识宇宙已有数千年历史,其中最重要的里程碑有三个:波兰天文学家哥白尼年提出的日心说、英国天文学家威廉·赫歇尔年建立的第一个银河系模型、美国天文学家哈勃年发现的河外星系的存在。
在哥白尼时代,人们心目中的宇宙仅限于太阳系,射程只有几十个天文单位,对太阳系外的恒星知之甚少。赫歇尔将他的视野扩展到太阳系以外,证实了银河系的存在,银河系由许多大小约为光年的恒星组成。那么银河系之外的宇宙呢?
在赫歇尔试图确定银河系的结构之前,人们在17世纪中叶注意到,除了点缀的星星外,夜空中还有一些形状相当不规则的暗云状物体,被称为星云。
自然哲学家们开始问自己:“银河系构成了整个宇宙吗?”显然当时没有人能给出正确的答案。
年,英国的赖特推测,一些星云可能是巨大的恒星系统,比如银河系。年,德国哲学家康德明确表示,银河系外有无数类星系(后来称为星系或星系),更早发现的仙女座星云就是这样一个河外星系。
赖特和康德的想法可以被称为天才猜想,但它们没有科学证据。当时的天文学家对该星云的性质知之甚少,更不用说它是在银河系内部还是外部了。
赫歇尔试图通过实际测量找到答案。这位科学大师认为,如果星云可以用望远镜放大并分解成一颗恒星,那么观察到的星云就是星系。否则,星云就是银河系中的一朵云。
然而,观测显示,确实有一些星云可以分解成恒星,但在望远镜的视野中,许多星云仍然模糊不清,这让赫歇尔感到困惑。
像赫歇尔这样拥有当时世界上最大的望远镜的伟大科学家,仍然无法判断,其他同时代的人更是无能为力。
事实上,赫歇尔的想法并不完全正确,因为当时所谓的“星云”包括三种截然不同的天体:银河系中的气体星云和尘埃星云、银河系中的星团和银河系外的星系。赫歇尔的望远镜可以分辨出恒星的“星云”,也就是星团。当时,用望远镜无法分辨出银河系中的气体星云和尘埃星云,或者银河系外的星系。
在接下来的年里,关于这颗星云的性质仍然没有明确的结论。年4月,美国科学院举行了一场关于“宇宙的尺度”的主题辩论。会上,持相反观点的两位著名天文学家柯蒂斯和沙普利各抒己见,争论不休,但最终都未能得出明确的结论。
问题的症结在于如何测量这颗“星云”的距离:如果观测到的“星云”比银河系大得多,并且可以分解成恒星,就可以确认存在河外星系,否则“星云”就是银河系中的一个天体。
天文学是一门观测科学,天文学的发展史也是其主要观测设备--望远镜的发展史。望远镜的口径越大,你能看到的物体就越暗,分辨率就越高。为此,人们继续寻求建造更大的望远镜。随着大口径望远镜的出现,最终确认河外星系存在的时间落在了哈勃望远镜上,这是历史性的。
年,美国建造了世界上最大的2.54米口径望远镜。年10月5日,哈勃用这个望远镜观测到了仙女座星云。
在高分辨率图像中,仙女座星云的外缘被分解成多个独立的恒星。哈勃在其中发现了一些造父变星。这些造父变星和我们之间的距离是可以测量的。经过仔细的检查和计算,哈勃得出结论,仙女座星云的距离约为万光年(现代结果为万光年)。
尽管当时对银河系的大小没有达成共识,但根据各种估计,它不会超过光年。因此,仙女座星云远在银河系之外,它无疑是一个河外星系,因此应该更名为仙女座星系。那一年,哈勃只有34岁。
哈勃的成就不是一蹴而就的。早年,他对星云表现出极大的兴趣,并做了大量细致的工作。他大胆地将“星云”分为“银河星云”和“非银河星云”,但他在表达自己的观点时持谨慎态度,他警告人们不要轻易将“非银河星云”解读为银河系以外的星云。
直到测量了仙女座星系的距离,哈勃才证实了河外星系的存在。
如今,人们已经证实,宇宙中存在千亿个星系,它们是构成宇宙物理结构的基本单位。对星系的研究已经成为天文学的一个重要分支--星系天文学。