旋渦星雲是銀河系內天體還是銀河系外的「宇宙島」

1924年2月的第一個星期，美國天文學家哈勃給仙女座星雲里的一顆亮星拍攝了一系列照片。照片顯示這顆星的光度在迅速增大，這是一顆造父變星。哈勃計算出這顆星及其所在的星雲距離地球達90萬光年，遠超過銀河系的直徑。仙女座星雲其實是銀河系外巨大的天體系統——河外星系。人類對宇宙大小的認識再次被拓寬了。

宇宙島猜想

哈勃的發現，給持續多年的關於旋渦星雲是銀河系內天體還是銀河系外的「宇宙島」的爭論畫上了一個圓滿的句號。

所謂「宇宙島」，就是將宇宙視為大海，銀河系和其他類似天體系統則視為大海中的島嶼。16世紀末，義大利思想家布魯諾推測恆星都是距我們極其遙遠的太陽，進而提出關於恆星世界結構的猜想。18世紀，人們在夜晚的天空中發現了邊緣模糊的天體，最初稱為星雲。旋渦星雲成為最早的研究對象。賴特和康德曾提出，旋渦星雲可能是同我們銀河系—樣的恆星系統。

「宇宙島」這個名詞最早出現在德國博物學家洪堡1850年出版的著作《宇宙》第三卷中。因為它形象地表達了星系在宇宙中的分布狀況，後來被世人廣泛採用。「恆星宇宙」和「恆星島」等名稱都是「宇宙島」的同義語。宇宙島假說的淵源則更早。1755年，德國哲學家康德在《自然通史和天體論》一書中發展了賴特的思想，明確提出「廣大無邊的宇宙」之中有「數星無限的世界和星系」。

這一思想就是著名的「宇宙島假說」。這個認識與今人對宇宙的認識十分接近。但當時人們把河內星雲（即銀河內星雲）和河外星雲（即河外星系）都當做星系，而且對銀河系本身的大小和形狀也缺乏正確的認識，因此，宇宙島假說在隨後的170 年時間裡幾經沉浮，並未獲得天文學家的公認。

宇宙島大論爭

20世紀初，美國著名天文學家沙普利通過研究球狀星團，對銀河繫結構和尺度的推算做出了重大突破。

但他一直反對「宇宙島」的說法，認為這些旋渦星雲應該是銀河系內的氣體星雲。而以柯蒂斯為代表另一派天文學家則不同意沙普利的看法。柯蒂斯的證據，是他發現有些星雲里的新星極其暗弱，說明距離十分遙遠，不像是銀河系內的天體。他的另一個證據是，在仙女座星雲中發現的新星數皇比銀河系其他部分新星的總和還要多。他質疑道：「為何在這個小範圍的部分區域中，新星會比銀河系其他的部分更多？」由此，他推斷仙女座星雲是一個獨立的星系。

為了解決這兩種在宇宙尺度上的矛盾說法，1920年4月，美國國家科學院在華盛頓召開了「宇宙的尺度」辯論會。會上，沙普利和柯蒂斯兩人就銀河系的大小和旋渦星雲與銀河系的位置關係展開了論戰。這就是天文學史上有名的「沙普利—柯蒂斯大論爭」。 二人分別就各自的觀點進行了半個小時的闡述。由於柯蒂斯的口才更好，當時多數人認為他在這場爭論中略佔上風，但辯論的雙方都無法徹底說服對方。

律師轉行，一錘定音

為「沙普利—柯蒂斯大論爭」下達「終審判決」的是一個從法律專業轉行天文的年輕人，他叫埃德溫·哈勃。

哈勃1889年出生於密蘇里州，他擅長體育，少年時曾刷新該州跳高紀錄。在芝加哥大學讀本科期間，哈勃受天文學家海耳啟發，開始對天文學產生興趣。後來他到牛津大學攻讀法律碩士學位，之後開業當了律師。但星空總在召喚著他，一年後，他就投奔葉凱士天文台攻讀天文學博士學位。畢業後，他進入海耳創建的威爾遜山天文台，致力於旋渦星雲的觀測與研究。

早期的小型望遠鏡拍攝出的星雲照片模糊不清，難以從中分辨出細節，而大口徑望遠鏡則可以做到這一點。威爾遜山天文台有當時世界上最大口徑的2.54米反射望遠鏡。1923-1924年，哈勃用這台望遠鏡拍攝了仙女座大星雲和三角座旋渦星雲的照片，並從這些星雲暗淡的邊緣解析出一顆顆獨立的恆星。哈勃發現，這些恆星有不少都是造父變星。

通過分析這些造父變星的亮度變化，哈勃根據周光關係（指造父變星具有的光變周期和絕對星等之間的關係），確定這些造父變星和它們所在的星雲距離地球大約九十萬光年，遠超銀河系的直徑，因此斷定它們一定位於銀河系外。

1924年底，美國天文學會會議正式公布了哈勃的這一發現。雖然哈勃本人並未出席這次會議，但當他的論文被宣讀完畢，在場的所有天文學家都意識到沙普利和柯蒂斯關於「宇宙島」的爭論就此可以終結了。

1925年，哈勃又用造父變星測距法測定了人馬座星雲NGC6822與我們的距離，證實該旋渦星雲其實也是一個河外星系。多年來，天文學家們關於旋渦星雲是近距天體還是銀河系之外的宇宙島的爭論徹底結束，人類認識的宇宙的尺度從一個宇宙島（銀河系）一下子擴大到無數個宇宙島（河外星系），從而揭開了探 索宇宙結構的新篇章。

人馬座星雲NGC6822

鑒於哈勃為20世紀天文學的進步做出的巨大貢獻，他被世人尊為一代天文宗師。在他豐碩的成果中，有兩項最為重要的貢獻：一是確認星系是與銀河系相當的恆星系統，開創了星系天文學，建立了大尺度宇宙結構的新概念；二是發現星系的紅移—距離關係，催生了現代宇宙學。為了紀念這位偉大的天文學家，人類第一台太空望遠鏡就以哈勃的名字命名。

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