第 2 页

的太阳，由它内部的热星所照亮。然而，另一些星云状物质已经

证明是球状星团，是由恒星组成的巨大集体。

但是仍有一些发亮的云斑似乎一颗星也没有。那么，为什么

它们会发亮呢？1845年，英国天文学家W.帕森斯（即罗斯勋爵）

使用他用毕生精力制成的183厘米（72英寸）望远镜， 确认这些

云块中有一些具有旋涡结构，并命名为“旋涡星云”，但这无助

于解释发亮的原因。

这类星云中最为壮观的是位于仙女座里的仙女座星云，被称

为M-31。德国天文学家马里厄斯1612年首先研究的就是这块星云。

仙女座星云是一个拉长的卵形云块，发出暗淡的光，大约有满月

一半的大小。它会不会是由恒星组成的，只是由于太遥远、使用

高倍望远镜也分辨不出来？如果真是这样，仙女座星云必然是难

以置信地遥远，并且难以置信的庞大，因为在这样遥远的距离我

们竟然还能看到它。（早在1755年，德国哲学家康德曾猜测有这

种极远距离的恒星集合体存在，他称之为岛宇宙。）

20世纪初对这件事有过激烈的争论。美国天文学家万玛伦报

告说，仙女座星云在以可测量的速率旋转着。既然能测量到它，

它必定距离我们相当近。假若远在银河系之外，就会因为太远而

显示不出任何可以察觉到的运动。万玛伦的好朋友沙普利利用他

的结论提出了仙女座星云是银河系的一部分的论点。

反对这种说法的是美国天文学家柯蒂斯。尽管在仙女座星云

中看不到一颗星，但时常都有极其微弱的星在那里出现。柯蒂斯

认为这是一种新星，一种会突然增加几千倍亮度的恒星。在银河

系时，这种恒星会发出短暂的非常亮的光，然后又暗淡下去，从

而结束；但在仙女座星云中，它们即使在最明亮时也不容易被看

到。柯蒂斯推断，新星之所以极其暗淡，是因为仙女座星云极其

遥远。仙女座星云中的普通恒星合在一起仍然太暗而不能被发现，

因而只能混合在一种微亮的云雾中。

1920年4月26日， 柯蒂斯与沙普利举行了一次公开的辩论会。

虽然柯蒂斯的口才非常好，并对自己的立场作了令人印象深刻的

辩护，但总的来说是平分秋色。

但是几年后，事实证明柯蒂斯是对的。理由之一就是万玛伦

的数字被证明是错的。原因尚不能肯定，但即使最聪明的人也会

出错，而万玛伦显然是属于这种情况。

而后，1924年，美国天文学家哈勃在加利福尼亚州威尔逊山

上把新建成的254厘米（100英寸）望远镜对准了仙女座星云。（

这架望远镜是由J.B.胡克资助建造的，因此命名为胡克望远镜。）

这架强有力的仪器把仙女座星云的外缘部分分解成单个的恒星，

于是立即显示出，仙女座星云（或至少其中一部分）和我们的银

河相类似，那里可能就是所谓的“岛宇宙”。

在仙女座星云边缘的恒星中也有造父变星。利用这些测量标

杆，哈勃断定这个星云距离我们将近100万光年！ 所以仙女座星

云非常遥远，远在银河系之外。考虑到它的距离，它的视大小表

明，它必定是上个巨大的恒星聚集，几乎可以和我们的银河系相

匹敌。

结果证明，其他一些星云状物质也是恒星的聚集，甚至比仙

女座星云更远。这些河外星云都被认定是星系——新的“宇宙”。

这些新的“宇宙”使我们的银河系的地位大为降低，成为空间的

许多星系之一。宇宙再一次扩大了。它比以前任何时候都要大，

它的宽度已不只是几十万光年，而可能是几十亿光年了。

旋涡星系

整个20世纪30年代，天文学家都在努力解决关于这些星系的

一些令人烦恼的问题。一则是，根据他们假设的这些星系的距离，

这些星系显然都比我们的银河系小得多。这似乎是一个奇怪的巧

合：我们正好居住在一个最大的星系中。二则是，仙女座星系周

围的球状星团的亮度似乎只有我们银河系中球状星团的1/2或1/3。

（仙女座星系的球状星团几乎和我们银河系一样多，并且它们围

绕着仙女座星系的中心排列成球形。这个发现似乎证明，沙普利

关于我们银河系的球状星团呈球形排列的假设是合理的。有些星

系球状星团多得惊人，例如在室女座里的M-87星系，至少拥有10

00个。）

最严重的问题是；这些星系的距离似乎表明宇宙的年龄只有

20亿年（理由我将在本章后面讨论）。这是令人费解的，因为地

质学家认为地球本身的年龄大于20亿年；而且他们所利用的证据

被认为是最可靠的。

第二次世界大战期间，这个问题才开始有了答案。当时一位

在德国出生的美国天文学家巴德发现，以前用来测量星系距离的

尺度是错误的。

1942年，巴德利用战时洛杉矶灯火管制的机会，在夜空清澈

的威尔逊山上，使用254厘米（100英寸）望远镜，对仙女座星系

进行了仔细研究。由于能见度增高，使他能够分辨出仙女座星系

内部区域的一些恒星。他马上注意到，这些恒星与这个星系的外

围恒星有显著的差异。在内部最亮的恒星带红色，而在外围最亮

的恒星则带蓝色。而且，内部的红巨星远不如外围的蓝巨星亮：

后者的亮度有我们太阳的10万倍，而前者只有1000倍。最后，在

仙女座星系的外围发现明亮的蓝星的地方，布满了尘埃；而在内

部，尽管是一些不太明亮的红星，却没有尘埃。

巴德认为，那里好像有两类具有不同结构和历史的恒星。他

把外围带蓝色的恒星叫做星族Ⅰ，而把内部带红色的恒星叫做星

族Ⅱ。后来证明，星族Ⅰ的恒星比较年轻，金属含量高，在星系

的中间平面上沿着近乎圆形的轨道绕星系中心运行。星族Ⅱ的恒

星则比较老，金属含量低，轨道呈明显的椭圆形，而且与星系的

中间平面有相当大的倾角。后来，这两个星族又被细分为更多的

次群。

战后，由美国天文学家海耳监制的新508厘米（200英寸）海

耳望远镜在帕洛马山上落成，巴德继续进行他的研究。他发现，

这两个星族在分布上有一定的规律性，而这些规律是由有关星系

的性质决定的。有一类星系叫做椭圆星系（呈椭圆形状，而且具

有较均匀的内部结构），这类星系显然主要是由星族Ⅱ的恒星组

成的，如同任何星系中的球状星团那样。另一类叫做旋涡星系（

具有旋臂，看上去就像一个玩具风车），它的旋臂是由星族Ⅰ的

恒星组成的，相对于星族Ⅱ背景。

据估计，宇宙中只有大约2%的恒星属于星族Ⅰ类。但是我们

的太阳和我们附近的一些熟悉的恒星都属于这一类。仅根据这一

事实，我们就可以推断，我们的银河系是一个旋涡星系，而我们

位于它的一个旋臂上。（因为银河系的旋臂聚集着尘埃，因此在

我们的附近有许多或明或暗的尘埃云。）从照片上可以看出，仙

女座星系也是旋涡星系。

现在再来谈尺度。巴德开始把在球状星团（星族Ⅱ）中发现

的造父变星和在我们这一旋臂（星族Ⅰ）上发现的造父变星加以

比较。结果表明，就周期和光度之间的关系来说，两个星族里的

造父变星确实属于两种不同的类型。星族Ⅱ的造父变星遵循勒维

特和沙普利建立的周期－光度曲线。利用这一尺度，沙普利相当

准确地测量了球状星团的距离和我们银河系的大小。但是，现在

发现，星族Ⅰ的造父变星是一种完全不同的尺度！一颗星族Ⅰ的

造父变星的光度是一颗周期相同的星族Ⅱ的造父变星的4倍或5倍。

因此，使用勒维特的尺度，根据一颗星族Ⅱ造父变星的周期，来

计算它的绝对星等，就会得出错误的结果。绝对星等错了，距离

的计算也一定是错的：这颗恒星实际上要比计算出来的距离远得

多。哈勃曾利用仙女座星系外围（星族Ⅰ）的造父变星来推估仙

女座星系的距离，当时只有这些造父变星能够辨认出来。现在，

利用修正了的尺度，测出这个星系距离我们大约250万光年， 而

不是不到100万光年。 其他星系也按比例向外推移。（但是，仙

女座星系仍然是我们的一个近邻，星系间的平均距离估计约为20

00万光年。）

就这么一修正，已知宇宙的范围就扩大了一倍多，30年代困

扰的问题也迎刃而解了。我们的银河系不再是最大的了，例如，

仙女座星系就肯定比我们的银河系大。再者，现在看来，仙女座

星系的球状星团同我们银河系的一样亮；以前只是因为距离计算

错了而觉得它们比较暗。最后，新的距离标准可以使宇宙的年龄

剧增，从而使宇宙的年龄能和地质学家所估计的地球的年龄一致

起来了。（我将在后面说明理由。）

星系团

星系的距离加倍并没有使宇宙大小的问题完全解决。我们现

在必须考虑由星系团和星系团集团组成的更大系统的可能性。

事实上，现代望远镜已经证实，星系团确实存在。例如，后

发星座里有一个巨大的椭圆形的星系团，直径约为800万光年。

后发星系团含有大约11000个星系， 彼此间的平均距离只有30万

光年。（而在我们附近的星系团中，星系间的平均距离大约是300

万光年。）

我们的银河系似乎是本星系群的一部分，本星系群包括麦哲

伦云、仙女座星系和它附近的三个小伴星系，加上一些其他星系，

共有19个成员。这些成员中，由意大利天文学家马费伊首先报道

的马费伊1和马费伊2直到1971年才被发现，这是因为在它们和我

们之间有尘埃云，只有透过这些尘埃云才能探测到它们。

在本星系群中，只有我们的银河系、仙女座星系和两个马费

伊星系是巨星系，其余的都是矮星系。矮星系之一的IC1613可能

只含有6000万颗恒星，几乎并不比一个大的球状星团大。在星系

中，如同在恒星中一样，矮星系比巨星系多得多。

如果星系的确组成星系团，星系团又组成更大的集团，这是

否意味着宇宙会无限地扩展下去，空间是无限的呢？或者宇宙和

空间都有尽头？ 现在天文学家能辨认出大约100亿光年远的天体，

在那里它们似乎达到了一个极限。要知道为什么，我必须把讨论

的方向稍微转移一下。我们已经讨论了空间，下面让我们来讨论

一下时间。

宇宙的诞生

神话作者们编造了许多创造宇宙的奇异故事（通常主要涉及

地球本身，而把其余一切都当作“天空”或“天”干脆不予考虑）。

一般来说，这些神话都把世界诞生的时间定在不太遥远的过去。