26.1: 星系的发现

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学习目标

在本节结束时，您将能够：

描述一下证实存在远远超出银河系的星系的发现
解释为什么星系过去被称为星云以及为什么我们不再将它们纳入该类别了

在哈勃太空望远镜在我们头顶上空运行，巨型望远镜如雨后春笋般涌现于世界的伟大山顶上时，你可能会惊讶地发现，我们很长一段时间以来一直不确定其他星系的存在。存在其他星系的想法过去曾引起争议。即使到了20世纪20年代，许多天文学家也认为银河系涵盖了宇宙中存在的一切。 1924年发现的证据表明我们的银河系并不孤单，这是二十世纪最伟大的科学发现之一。

并不是说科学家没有问问题。早在十八世纪，他们就质疑宇宙的组成和结构。但是，由于望远镜在前几个世纪可用，星系看起来像模糊的小光块，很难与构成我们自己银河系一部分的星团和气体和尘埃云区分开来。所有不是尖光点的物体都被命名为星云，拉丁语中的 “云” 一词。由于星云的精确形状通常很难分辨出来，而且还没有设计出任何测量距离的技术，因此星云的性质成为了许多争论的话题。

早在十八世纪，哲学家伊曼纽尔·康德（Immanuel Kant）（1724-1804）就提出，有些星云可能是遥远的恒星系统（其他银河系），但支持这一建议的证据超出了当时望远镜的能力。

其他星系

到二十世纪初，一些星云已被正确识别为星团，而另一些星云（例如猎户座星云）被正确识别为气态星云。但是，即使使用了最好的望远镜，大多数星云看上去也微弱而模糊，而且它们的距离仍然未知。（顺便说一句，有关如何命名此类星云的更多信息，请参阅星际物质章节第 20.1 节中关于命名星云的功能框。）如果这些星云在附近，其距离与可观测恒星的距离相当，那么它们很可能是我们银河系中的气体云或恒星群。另一方面，如果它们很遥远，远远超出银河系的边缘，那么它们可能是其他包含数十亿颗恒星的恒星系统。

为了确定星云是什么，天文学家必须找到一种方法来测量与至少其中一些星云的距离。当位于南加州威尔逊山的2.5米（100英寸）望远镜投入运行时，天文学家终于有了解决争议所需的大型望远镜。

使用2.5米望远镜，埃德温·哈勃得以解析几个更亮的螺旋形星云中的单颗恒星，包括仙女座中的大螺旋M31（图\(\PageIndex{1}\)）。在这些恒星中，他发现了一些微弱的变星，当他分析它们的光曲线时，这些恒星竟然是 cepheids。以下是哈勃可以使用亨丽埃塔·莱维特（Henrietta Leavitt）率先推出的技术来测量与星云的距离的可靠指标（参见 “天体距离” 一章）。经过艰苦的工作，他估计仙女座星系距离我们大约90万光年。在这么远的距离内，它必须是一个单独的恒星星系，位于银河系边界之外。今天，我们知道仙女座星系的距离实际上是哈勃最初估计的两倍多，但他关于其真实本质的结论保持不变。

alt — 人物\(\PageIndex{1}\)仙女座星系。 Andromeda星系也以其目录编号M31而闻名，它是一个大型螺旋星系，其外观与我们的银河系非常相似，并且略大于我们自己的星系。在大约250万光年的距离内，仙女座是距离我们自己的太空星系最近的螺旋星系。在这里，可以看到它的两个卫星星系，M32（上图）和M110（下图）。

人类历史上没有人测量过这么远的距离。 1925年的第一天，当在美国天文学会会议前读到哈勃关于星云距离的论文时，整个房间都起立鼓掌起来。宇宙研究开始了一个新时代，一个新的科学领域——银河系外天文学——刚刚诞生。

埃德温·哈勃：扩大宇宙

埃德温·哈勃（图\(\PageIndex{2}\)）是密苏里州保险代理人的儿子，16岁时高中毕业。他在体育方面表现出色，在芝加哥大学赢得了田径和篮球方面的信件，在那里他同时学习科学和语言。但是，他的父亲和祖父都希望他学习法律，他屈服于家庭压力。他在英国牛津大学获得了久负盛名的罗德奖学金，在那里他只以中等热情学习法律。回到美国后，他花了一年的时间教授高中物理和西班牙语，并执教篮球，同时努力确定自己的人生方向。

alt — 图：\(\PageIndex{2}\)埃德温·哈勃（1889—1953 年）。埃德温·哈勃在星系研究中提出了一些最重要的想法。

事实证明，天文学的吸引力太强了，难以抗拒，于是哈勃回到了芝加哥大学攻读研究生。正当他即将完成学位并接受在即将完工的2.5米望远镜工作的邀请时，美国进入了第一次世界大战，哈勃应征为军官。尽管战争在他抵达欧洲时已经结束，但他在国外接受了更多的军官训练，在被送回家之前，他在剑桥短暂地接受了进一步的天文学研究。

1919年，他在30岁时加入威尔逊山的工作人员，开始使用世界上最大的望远镜。哈勃凭借经验、精力充沛、纪律严明和熟练的观察者的成熟，很快就确立了现代天文学中一些最重要的思想。他证明了其他星系的存在，根据它们的形状对它们进行了分类，找到了它们的运动模式（从而将宇宙膨胀的概念置于坚实的观测基础上），并开始了一项研究宇宙中星系分布的终身计划。尽管其他一些人已经瞥见了拼图的各个部分，但正是哈勃将它们拼凑在一起，表明了解宇宙的大规模结构是可行的。

他的作品为哈勃带来了很多名声，并获得了许多奖牌、奖项和荣誉学位。随着他的知名度越来越高（他是第一位登上《时代》杂志封面的天文学家），他和妻子与南加州的电影明星和作家建立了友谊，并建立了友谊。哈勃在帕洛玛山规划和建造2.5米望远镜方面发挥了重要作用（如果你能原谅双关语的话），他在1953年中风去世时就开始用它来研究星系。

当天文学家建造太空望远镜让他们能够将哈勃的工作延伸到他梦寐以求的距离时，以他的名字命名它似乎很自然。哈勃太空望远镜的观测（以及他在宇宙扩张方面的基础著作）为2011年诺贝尔物理学奖做出了贡献是恰当的，该奖是因为他发现宇宙正在加速扩张（我们将在《宇宙大爆炸》一章中详细介绍这个话题）。

摘要

在二十世纪初可用的望远镜中，微弱的星团、发光的气体云和星系都以微弱的光块（或星云）的形式出现。直到1924年，当哈勃在威尔逊山上使用带有2.5米巨型反射镜的cepheid变量测量与仙女座星系的距离时，才确定存在其他在大小和内容上与银河系相似的星系。