天文學家怎麼知道河外星系真的存在呢？

1924年11月23日，美國天文學家哈勃在報紙撰文指出，仙女座星系並非位於銀河系，而在其他星系，並且宇宙中存在眾多星系。這是人類第一次證實河外星系的存在。

那麼，你知道天文學家是怎樣證實河外星系的存在的嗎？一起來聽聽專家怎麼說吧！

成語「天外有天」，常用以描述人的認識或能力總是有限的，而認識事物的過程卻是無限的。在天文學上，「天」可以理解為「宇宙」，天文學即研究宇宙和天體的自然科學學科。

人類對宇宙的認識過程已有數千年的歷史，其間有三個最重要的里程碑式事件：1543年波蘭天文學家哥白尼提出日心說，1785年英國天文學家威廉·赫歇爾建立第一個銀河系模型，以及1923年美國天文學家哈勃發現河外星系的存在。

在哥白尼時代，人們心目中的宇宙只限於太陽系，範圍僅為幾十天文單位，對太陽系外的恆星世界則不甚了解。赫歇爾把視野拓展到太陽系外，確認了由眾多恆星構成的銀河系的存在，尺度約10萬光年。那麼，銀河系之外的宇宙又如何呢？

在赫歇爾嘗試確定銀河繫結構之前，17世紀中葉，已有人注意到夜空中除了點狀的恆星外，還可看到一些外形頗不規則的雲霧狀暗天體，並取名為星雲。

自然哲學家開始自問：「銀河是否已構成了整個宇宙？」在當時顯然沒人能給以正確的回答。

對事物的認識總會有一個過程。

1750年英國人賴特猜想，有些星雲可能是銀河系般的龐大恆星系統。1755年德國哲學家康德更明確提出，銀河系外存在無數個與銀河系類似的恆星系統（後人稱之為河外星系或星系），並明確指出，早先發現的仙女星雲就是這樣的河外星系。

賴特和康德的觀念也許可稱之為天才的猜想，但並無科學證據。那時，天文學家對星雲的本質缺乏了解，更不知道它們在銀河系之內，還是位於銀河系之外。

銀河系及其近鄰星系

赫歇爾試圖通過實測來尋找答案。這位科學大師認為，如果經望遠鏡的放大後，星雲能分解成一顆顆恆星，那麼所觀測的星雲就是星系，否則，星雲便是銀河系內的雲團。

然而，觀測結果表明，一些星雲確實能被分解為恆星，但也有不少星雲在望遠鏡視場內仍是模糊一團，這使赫歇爾深感迷惑不解。

赫歇爾這樣的大科學家，擁有當時世界上最大的望遠鏡，尚無法判斷，同時代的其他人，就更無所適從了。

實際上，赫歇爾的思路並非完全正確，因為那時的所謂「星雲」包含了三類性質迥異的天體：銀河系內的氣體塵埃星雲、銀河系內的星團，以及河外星系。赫歇爾的望遠鏡能分辨為恆星的「星雲」，只是星團。而銀河系內的氣體塵埃星雲，或者是河外星系，都是當時的望遠鏡無法分辨的。

此後的100多年內，關於「星雲」的本質仍無明確的定論。1920年4月，美國科學院為此舉辦了一次「宇宙的尺度」專題辯論會。會上，持對立觀點的兩位著名天文學家柯蒂斯和沙普利各抒己見，相持不下，最終也未能得出明確的結論性意見。

問題的關鍵在於如何測定「星雲」的距離：若觀測的「星雲」同我們的距離遠大於銀河系的尺度，且又可分解為恆星，河外星系的存在便可得以肯定，否則「星雲」便是銀河系內的天體。

天文學是一門觀測科學，天文學的發展史也就是它的主要觀測設備——望遠鏡的發展史。望遠鏡口徑越大，越能看到更暗的天體，解析度也越高。為此，人們不斷追求建造更大的望遠鏡。隨著大口徑望遠鏡的面世，最終證實河外星系存在的時機歷史性地落在了哈勃的身上。

1917年，美國建成當時世界上最大的2.54米口徑反射望遠鏡。1923年10月5日，哈勃用這架望遠鏡觀測了仙女星雲。

在高解析度照片上，仙女星雲的外緣被分解成一顆顆恆星。哈勃在其中辨認出了一些造父變星。這些造父變星離我們的距離是可以測定的。經過仔細的核對和計算，哈勃據此推知仙女星雲的距離約為100萬光年（現代結果為240萬光年）。

儘管當時對銀河系尺度還未取得一致的認識，但據各種估算它的大小不會超過30萬光年。因此，仙女星雲遠在銀河系之外，無疑是一個河外星系，故應更名為「仙女星系」。這一年，哈勃才34歲。

哈勃的成就並非一朝一夕之功，他早年就對「星雲」表現出極大興趣，做了許多細緻的工作。他大膽地把「星雲」分為「銀河星雲」和「非銀河星雲」兩類，但對自己觀點的表述頗為謹慎，還提醒別人不要輕易把「非銀河星雲」理解為它們就處於銀河系之外。

直到測出仙女星系的距離後，哈勃才確認了河外星系的存在。

今天，人們已確知宇宙中存在著上千億個星系，它們是宇宙物質結構形態的基本單元。對星系的研究已成為天文學的一個重要分支—星系天文學。

文章出處：科普中國

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