动，那么当我们相隔6个月从太阳的两侧来看同一颗恒星时，显然它的
位置会发生改变，这种现象被称为视差。回想一下，如果你竖起手指，
用一只眼睛来看它，然后切换到另一只眼睛改变视角来看它，你会感觉
到手指在背景下挪了位置。就是说，当观察点移动了位置，那么被观察
对象似乎也移动了位置。然而，恒星似乎是固定不动的，这个事实让地
球中心说的信徒拿来用以支撑其地球位置不变的信念。而持太阳中心说
的人士则指出，恒星视差效应随着距离的增大而减小，因此恒星位置的
不易察觉的变化可能只是意味着恒星距离地球一定是遥远得令人难以置
信。
从1810年开始，通过弗里德里希·贝塞尔的努力，这句语义模糊
的“遥远得令人难以置信”逐步被证实。当时，普鲁士国王腓特烈·威廉
三世邀请贝塞尔在柯尼斯堡建造一座新的天文台。它将装备全欧洲最好
的天文仪器，部分原因是英国首相威廉·皮特用他的惩罚性的窗口税毁
掉了本国的玻璃制造业，从而使德国成为欧洲领头的望远镜制造商。德
国人对镜片制作非常精心，他们发明了新的三透镜目镜，从而减小了色
差带来的问题。所谓色差是指，各色光（白光是由各种单色光混合而成
的）在通过镜片时由于折射率不同因而有不同的偏折所造成的聚焦上的
困难。
贝塞尔在柯尼斯堡经过28年的磨炼和完善，他的观察最终取得了关
键性突破。在考虑了各种可能的误差后，并通过相隔6个月的细致观
察，他能够断言一颗叫天鹅座61的恒星位置移动了0.6272角秒，即大约
0.0001742°。贝塞尔测得的这个视差非常之小——相当于你轮换两只眼
睛来观察一臂之遥处竖起的食指所感觉到的移动……但这里的一臂之遥
可是有30千米长！
图34显示了贝塞尔的测量原理。当地球处于位置A时，他观测天鹅
座61时视线方向与日地连线方向呈某个角度。半年后，当地球处于位置
B，他再次观测这颗恒星时，他注意到他的视线方向有轻微的移动。通
过太阳、天鹅座61和地球三者之间形成的直角三角形，他可以利用三角
法来估算这颗恒星的距离，因为他已经知道了日地之间的距离，现在他
又知道了这个三角形的一个角。由此贝塞尔的测量表明，天鹅座61的距
离为1014千米（100万亿千米）。现在我们知道，他的测量结果大约短
了10%，因为现代估计，到天鹅座61的距离为1.08×1014千米，或日地距
离的72万倍。正如图34的文字说明中给出的，这个距离相当于11.4光
年。
哥白尼是正确的。星星确实在移动，恒星的“跳跃”之所以迄今为止
一直难以察觉，是因为恒星的距离实在遥远得令人难以置信。尽管天文
学家以前就知道，恒星肯定非常遥远，但当他们得知天鹅座61的绝对距
离后，还是被吓着了。要知道，这还是到地球最近的一颗恒星。为了更
清楚地理解这一点，我们不妨将宇宙缩微到我们的太阳系大小，这样，
从太阳到冥王星轨道外缘的整个空间就相当于一间房子的大小，而我们
到周边恒星的距离仍有几十千米远。很明显，我们银河系的恒星的聚集
程度是非常稀松的。
图34 1838年，弗里德里希·贝塞尔第一次对恒星视差进行了测量。当地球绕太阳从A点移动到
B点，近邻恒星（例如天鹅座61）分别从A点和B点观察时出现些许移动。到天鹅座61的距离可
以通过简单的三角关系来测量。直角三角形中的锐角=（0.0001742°/2）或0.0000871°，三角形
的短边是地球到太阳的距离。
因此贝塞尔估计，到天鹅座61的距离约为100000000000000千米，现在我们知道，这个距离实际
上是108000000000000千米。
千米作为是恒星距离的测量单位显得太小了，所以天文学家更喜欢用光年作为长度单位，1光年
定义为光在一年里走过的距离。1年有31557600秒，光速为299792千米/秒，因此
1光年=31557600秒×299792千米/秒=9460000000000千米
这意味着天鹅座61距离地球是11.4光年。光年的概念提醒我们，望远镜起着时间机器的作用。
因为光走过任何距离都需要一定的时间，所以我们看到的只是天体的过去。阳光需要8分钟才能
照射到我们，所以我们看到的太阳只是它8分钟前的样子。如果太阳突然发生爆炸，我们将在8
分钟后才知道这件事。更遥远的恒星天鹅座61有11.4光年远，所以我们看到的只是它11.4光年前
的样子。我们通过望远镜看得越远，我们所看到的就越是时间上的过去。
贝塞尔的同时代人对他的测量结果大加称赞。德国医生兼天文学家
威廉·奥伯斯说，这一成果“将我们对宇宙的想法第一次置于一个坚实的
基础之上”。同样，约翰·赫歇尔——威廉·赫歇尔的儿子，也是一位著名
的天文学家——称这一结果是“实用天文学迄今见过的最伟大、最光荣
的胜利”。
现在，天文学家不仅知道了天鹅座61的距离，而且他们也可以估算
出银河系的大小。通过将天鹅座61的亮度与天狼星的亮度进行比较，就
能够大概地将威廉·赫歇尔的秒差距单位转换成光年，由此天文学家估
计，银河系的跨度有10000光年，厚度有1000光年。事实上，他们将银
河系的大小低估了10倍。现在我们知道，银河系的跨度约为10万光年，
厚度约10000光年。
埃拉托色尼曾对他测得的到太阳的距离感到震惊，贝塞尔也对到最
近的恒星的距离感到难以置信，但银河系的大小那才叫是真正的压倒性
的大。与此同时，天文学家意识到，与假定的宇宙无限大相比，银河系
的这种浩瀚还是微不足道的。一点不奇怪，一些科学家已开始琢磨银河
系之外的空间是怎么回事。是完全空的吗，还是居住着其他天体呢？
注意力转向星云，夜空中那些奇妙的光的暗斑。它们看起来与星光
的夺目的璀璨有很大的不同。一些天文学家认为，这些神秘天体可能洒
满整个宇宙。但大多数人认为它们是我们银河系自身的更现实的实体。
毕竟威廉·赫歇尔已经指明，一切都在我们这个薄饼状的银河系之内。
星云的研究可以追溯到古代天文学家，他们曾仅凭肉眼就发现了一
些星云，但随着望远镜的发明，人们发现星云的数量多得令人惊讶。第
一个编制详细的星云目录的人是法国天文学家查尔斯·梅西耶。他从
1764年开始这项工作，在这之前，他曾成功地追踪过彗星，为此国王路
易十五戏称他为彗星鼬。但梅西耶曾历经多次挫折，因为乍一看，很容
易将彗星与星云这两种出现在天空的不同类型的微小暗斑混淆起来。缓
慢移动的彗星划过天空，因此它们最终会显露出它们的真面目，但梅西
耶要编制星云表，因此他没有大把的时间浪费在错误地盯着一个静态的
对象徒劳地等着它移动。1781年，他发表了一份有103个星云的星表，
直到今天，这些天体仍然以梅西耶的编号命名。例如，蟹状星云是
M1，仙女座大星云是M31。梅西耶绘制的仙女座大星云的简图（如图
35所示）。
当威廉·赫歇尔收到梅西耶星表的副本后，他把目光转向星云，用
他的巨型望远镜对天空进行了地毯式搜索。赫歇尔的结果远远超过梅西
耶，共记录下2500个星云。在调查过程中，他开始猜测其性质。由于它
们看起来像云（“nebuIa”一词在拉丁语里的意思是“云”），因此他认为
它们确实是大团的气体和尘埃。更具体地说，赫歇尔可以辨别出一些星
云里的单星，所以他认为星云是由碎片包围着的年轻恒星，这些碎片想
必正处于聚集形成行星的过程中。总而言之，在赫歇尔看来，这些星云
似乎是正处在其寿命的早期阶段的恒星，像所有其他恒星一样，他们存
在于银河系的范围内。
与赫歇尔认为的银河系是整个宇宙中唯一的恒星集群不同，18世纪
的德国哲学家康德则持相反意见，他认为至少有一些星云是独立的恒星
组群，其规模类似于银河系，但其周长则远远超出后者的周长。按照康
德的观点，为什么星云看起来像云，是因为它们含有数以百万计的恒
星，它们是如此遥远，以至于这些恒星都合并成一团光晕。为了支持他
的假说，他指出，大多数星云都有一个椭圆形的外观，这恰恰是你所期
望的，如果它们有如同我们银河系一样的圆煎饼结构的话。虽然银河从
上方看起来像圆盘，从侧面观察时像一根细线，但如果从一个中间的角
度去观察时，它将呈现为椭圆形。康德将星云称为“世界岛”，因为他将
宇宙描绘成一个空间的海洋，其中零星分布着恒星构成的岛屿。我们的
银河系就是这样的一个星岛。今天，我们将任何一个这样的孤立的恒星
系统称为星系。
图35 经过20年的观察，查尔斯·梅西耶于1781年发表了一个有103个星云的星表。他详细绘制
了他的星表上第31号星云——仙女座大星云。该图展示了星云与恒星之间的差异：前者有明确
扩展的可见结构，后者则表现为一个光点。
虽然康德偏好将星云看成是在银河系之外的星系的想法具有观察上
的基础，但也有他信仰上的神学基础。他认为，上帝是万能的，因此宇
宙应该是既永恒又是在内容上无限丰富的。在康德看来，上帝的创造仅
限于银河系似乎是荒唐的：
如果我们将上帝的启示封闭在一个银河系半径所描述的球内，那么
这并不比我们将其限定在一个直径1英寸的球内更接近上帝的无限的创
造力。所有那些有限之物，无论是有极限还是与统一性有明确关联，都
一样远离无限……正因此，具有神圣属性的启示涉及的领域必然像这些
属性本身一样是无限的。永恒不足以囊括上帝的表现，如果它不与空间
的无限性结合起来的话。
战线已经拉起来了。赫歇尔的支持者争辩说，星云是由碎片云环绕
着的年轻恒星，它处于银河系之内；而康德的追随者则认为它们是星
系，是远在银河系之外的独立的恒星系统。解决争论的关键是要拿到更
好的观测证据，这项工作开始出现在19世纪中叶，是由非凡的威廉·帕
森斯——第三代罗斯伯爵——做出的。
娶了个有钱的女继承人，并继承了比尔城堡——一座坐落在爱尔兰
的大庄园，罗斯爵士很幸运，能够去追求一种绅士科学家的生活。他决
心要建造世界上最大、最好的望远镜，而且不怕脏不怕累亲自动手。
《布里斯托尔时报》的记者这样写道：
我看到了伯爵，那个亲自制造望远镜的人。他不是头戴礼帽，身着
貂皮长袍，而是挽着衬衫袖子，露出他那粗壮的双臂。他刚刚离开他操
作的台虎钳，身上还粘着铁屑粉末。他走到放在铁砧上的粗瓷面盆前洗
手洗脸，两个铁匠则正挥动铁锤轮番锤击烧得发亮的铁棒，飞溅的火星
向他们的贵族老爷扑来，但他们几乎不在意，就好像他是个火神。
仅仅铸造巨型望远镜的镜面本身就是一项重大的工程壮举。它需要
用80立方米的泥炭来熔化3吨重的反射镜铸造材料，整个镜面直径达1.8
米。阿马天文台台长托马斯·罗姆尼·罗宾逊博士见证了这一铸造过程：
崇高的美永远不会被那些亲眼目睹的幸运者遗忘。上方，是天空，
缀满了星星并被最辉煌的月亮照耀着，就像是以吉祥的目光注视着他们
的工作。下方，是熔炉——倾泻出带着近乎单色的黄色火焰的巨大的铁
水，和点燃的坩埚——在铁水流过的地方，空气犹如红色的喷泉。
1845年，经过3年的建造，并自掏腰包花费了相当于100万英镑的开
支，罗斯爵士终于制成了他的巨型16.5米长的望远镜（如图36所示），
并开始用于观测。这期间正好赶上爱尔兰闹马铃薯饥荒。这是一场罗斯
预计到并力图避免的灾难，早前他就曾主张采用新的种植技术，以减少
马铃薯疫病带来的风险。他迅速停下他的天空调查，将时间和金钱都转
移到支持当地社区的救灾工作上。他还免收他的房客的租金，赢得了作
为一位真诚的政治家的声誉，在爱尔兰历史上的这段黑暗时期，他代表
农村居民站出来竞选。
图36 罗斯爵士的“帕森斯镇的巨兽”，它有1.8米的强大口径，当它建成时，是当时世界上最大
的望远镜。“帕森斯镇”是望远镜选址所在地的旧称，现在这个镇叫比尔。
几年后，罗斯爵士最终又回归到对恒星的测量。每当他要进行观察
时，都得爬上围绕他的巨型望远镜搭起来的脚手架，晃晃悠悠地蹲在那
里观测。与此同时，当5名工人摇动曲柄，操纵平衡块和滑轮，以使望
远镜被抬高到正确的高度时，他还得保持自身的平衡。夜复一夜，罗斯
爵士和他的团队就这样与这个怪物搏斗，这也就是为什么它被戏称
为“帕森斯镇的巨兽”。
罗斯观测夜空壮观景象的努力得到了回报。罗斯的助手，约翰斯通
·斯托尼，将望远镜对准那些非常微弱的恒星进行观测后，这样评估了
望远镜的质量：“这些恒星在大望远镜下非常明亮。它们通常看上去就
像光球，像小豆豆，在大气扰动的背景下猛烈沸腾……测试表明望远镜
确实非常接近理论上的完美。”
唯一的问题是，这架“巨兽”坐落在爱尔兰中部，这里不具备清澈无
云的良好天气条件。除了“浓浓的雾”外，据说这里就只有两种类型的天
气：“下雨之前”和“下雨之中”。有一次，这位极富耐心的爵士写信给他
的妻子，解释说：“这里的天气依然混沌不清。但不是绝对不可救药。”
不知怎的，就是在这样的多云天气之间，罗斯居然能够对星云做非
常详细的观察。星云在他的望远镜下不是表现为无形的一团污迹，而是
开始展示自身独特的内部结构。屈从于“巨兽”的第一个星云是梅西耶星
云表上的M51，罗斯为这个星云画出了惊人的详细结构图（如图37所
示）。他可以轻易地辨别出M51具有螺旋结构。他特别注意到了在旋臂
之一的尾端有一个小的漩涡，这就是为什么M51有时被称为罗斯爵士的
问号星云。罗斯的草图很快传遍整个欧洲，人们甚至认为正是这幅画激
发了文森特·梵高创作出画《星夜》，这幅画明显展示了一个螺旋星云
和一个伴随的漩涡。
这种与漩涡的相似性使M51获得了另一个绰号：旋涡星云。它还导
致罗斯得出一个显而易见的结论：“这种系统的存在，如果没有内部运
动，似乎是根本不可能的。”此外他还认为，旋臂的质量可能不仅仅是
气态云：“因此我们认为，随着光学器件水平的连续不断地提高，结构
会变得更复杂……但星云本身，无疑点缀着众多的星星。”
图37 罗斯爵士画的旋涡星云（M51）的结构，右边用作对比的是拉帕尔马天文台拍摄的现代
图像。由此可见罗斯的望远镜的水平和他观察的准确性。
事情变得越来越清楚：至少有一些星云是恒星的集合，但这并不能
证明康德的理论，即星云是等同且独立于我们银河系的星系。这些星云
必定巨大、独特且相距遥远，但漩涡星云或许是处于我们银河系内或边
缘的一个相对较小的恒星子群。关键的问题是距离。如果有人能以某种
方式测得星云的距离，那么它们是处在银河系内，还是处在银河系附
近，或远远超出银河系的范围，将很容易决定。但是视差方法——这种
用于测量恒星距离的最佳技术——却不能用到星云上。如果说，这种测
量方法用来测量最靠近的恒星的角位移还算勉强可行的话，那么要用来
识别银河系边缘的——抑或更遥远的——
模糊星云的角位移就根本无从谈起了。这样，星云的身份只有留在
被忘却的场所了。
随着每个10年的过去，天文学家在建造日益强大的望远镜方面投入
了更多的资金。这些望远镜基本上都建在晴空无云的高海拔地区（不像
爱尔兰）。虽然在他们的案头还有其他问题，但天文学家们特别迫切地
想要搞清楚星云的真实身份，如果不能通过测量它们的距离来判断，那
就得想办法寻找其他重要线索来揭示其性质。
建造望远镜的下一位大师是古怪的百万富翁乔治·埃勒里·海耳。事
实表明他比罗斯爵士更沉迷。海耳出生于1868年，当时家住芝加哥北拉
萨尔街236号。1870年，全家搬到了海德公园的郊区，有幸避开了1871
年的芝加哥大火。那场大火烧毁了18000座建筑物，包括他的老家。这
座城市由此变成了建筑师手中的白板，接着，九层高的家庭保险大楼不
仅成为当时世界上的第一高楼，而且在建筑设计上为芝加哥和美国其他
许多城市的建筑开创了新趋势。海耳的父亲，威廉，早先是一位苦苦挣
扎的推销员，但他足够聪明，搞到了贷款，并成立了一家为芝加哥摩天
大楼提供必需的电梯的公司。最终，他甚至为艾菲尔铁塔修建了电梯。
家庭变得富裕后，就有能力让小乔治在显微镜和望远镜的兴趣方面
放纵一把了。他们不知道，他童年的迷恋会演变成成年后的痴迷。事实
上，海耳长大后就成为一连串世界级望远镜的制造者。他的第一个大项
目开始，他便从西海岸的天文学家那里翻捡拾取一些已不用的镜头，他
们刚刚放弃了自己建造望远镜的计划。海耳的雄心是要把这些镜头组合
成一架40英寸（1米）口径的折射望远镜，他还想围绕这架望远镜建立
一座完整的多功能天文台。
海耳为他的新望远镜和天文台向查尔斯·泰森·叶凯士寻求资金支
持。叶凯士是一位交通领域的大亨，他通过建造芝加哥高架轨道交通系
统挣了些钱，这套系统直到今天仍在服务于这座城市。叶凯士曾是个被
定罪的骗子，所以海耳试图说服他，赞助天文台建设将有助于他洗刷污
点并获得芝加哥上流社会的接纳。海耳还利用叶凯士嗜好胜人一筹的心
理，向他指出富裕的土地投资家詹姆斯·利克已资助加州设立了利克天
文台。他开始用口号“击败利克（Lick the Lick）”来游说叶凯士，因为
他的新望远镜将让利克天文台相形见绌。
图38 1910年，安德鲁·卡内基和乔治·埃勒里·海耳在威尔逊山上，圆顶房屋的外面是60英寸的
望远镜。百万富翁卡内基（左）站在斜坡上端，看上去显得高一些——这是他与其他人一起照
相时经常采用的一种策略。
为海耳的不懈努力所折服，不久叶凯士便决定拿出50万美元赞助天
文事业，从而使叶凯士天文台成为芝加哥大学的一部分。捐献仪式结束
后，一家报纸发了一篇大标题为“叶凯士闯入社会”的文章来突出这个骗
子的新建立的地位。但对叶凯士不幸的是，这个标题过于乐观了。他仍
未能被芝加哥精英阶层所接受，于是他移居伦敦，致力于发展那里的地
铁系统，尤其是皮卡迪利线。
叶凯士天文台位于芝加哥北部120千米外的威廉姆斯湾社区附近。
这个镇仍然依靠蜡烛和煤油灯照明，因此天文学家知道，天体微弱的光
不会被明亮的电灯所污染。甚至离得最近的使用电灯的社区——度假胜
地日内瓦湖——也在10千米外。这架望远镜，长20米，重6吨，于1897
年完成。它由一台20吨重的机器导向，这台机器专门设计用来操纵望远
镜的指向，并能够保持与地球自转同步。通过这种方式，被检查的恒星
或星云就能够始终留在仪器的视场内。它曾是，现在仍然是，世界上同
类望远镜中最大的望远镜。
不过，海耳还是不满足。10年后，他从卡内基研究所筹集到资金，
决心将望远镜建造工程的极限推向更远——他要在加州帕萨迪纳附近的
威尔逊山上建立一台口径60英寸（1.5米）的望远镜。这一次他用一面
镜子而不是一个透镜，因为一个60英寸的透镜因自身的重量而下垂。他
将他对更宽、更长、更灵敏的望远镜的追求描述为“美国人”的症状，即
贪得无厌的野心被看作是最好的。不幸的是，海耳渴求完美的强迫症和
管理重大项目的责任心变成了自我毁灭。由于过度的紧张，他患上了间
歇性抑郁症，这个病症最终迫使他去缅因州的一个疗养院待了几个月。
在他开始实施他的第三个项目——威尔逊山的100英寸（2.5米）的
望远镜——后，他的精神健康进一步恶化。作为他的反射镜的基础，海
耳从法国定购了一件5吨重的玻璃盘，当时的报纸称其为横渡大西洋的
一件最有价值的商品。但是，当它到达后，海耳团队最关心的是这件玻
璃制品的强度和光学质量，结果他们发现，玻璃竟然含有微小的气泡。
埃维莉娜·海耳目睹了这个最新项目给她丈夫带来的痛苦，并开始讨厌
给他带来困扰的这个巨型镜头：“我真希望这块玻璃葬身海底。”
这个项目似乎注定要失败。在精神极度紧张期间，海耳曾出现幻
觉，受到一个绿色小精灵的造访，而这个小精灵很快便成为他倾诉他的
望远镜计划的唯一的人。小精灵通常是报以同情，但偶尔也会嘲笑他。
海耳对一位朋友感叹道：“如何逃离这种新的持续不断的折磨形式，我
真的不知道。”
在洛杉矶五金件巨头约翰·胡克的资助下，100英寸的胡克望远镜最
终在1917年完工。11月1日那天晚上，海耳有幸成为通过目镜观测天空
的第一人。他被所看到的景象惊呆了——木星上重叠有6个幽灵般的行
星。人们立即想到的是这可能是玻璃中的气泡这一光学缺陷在捣鬼。但
冷静下来后他们很快想出了一种替代的解释：完成全部安装那天，工人
们一直让观测台的屋顶敞着，因此阳光一直在加热镜子，从而有可能使
镜面变得扭曲。于是天文学家们停了下来，一直等到凌晨3点，他们希
望这么长的冷却时间应该已经解决了这个问题。在夜晚的寒意中，海耳
的第二次观天看到的要比历史上任何一次观察都更清晰。胡克望远镜能
够展示出以前因为光线太微弱在任何其他望远镜上根本无法看清的星
云。它是如此灵敏，甚至能检测到15000千米外的一支蜡烛。
海耳仍不满足。他在“更高的集光本领”的指导思想的驱动下，又开
始了建造200英寸（5米）的望远镜的工作。他的执着可谓众所皆知，后
来这段故事被电视制作者拿来作为《X档案》里的一段情节——穆德对
斯库利解释道，这其实是小精灵就筹款事宜给海耳的一个建议：“实际
上，这个点子是一天晚上海耳在玩台球时小精灵向他提出的。小精灵爬
上他家的窗口，告诉他可以找洛克菲勒基金会去要建造望远镜的
钱。”斯库利评论说，穆德想必肯定知道，他不是看到绿色精灵的唯一
的人，但是穆德回答道：“在我看来，有一群小绿人。”
遗憾的是，海耳没能活着看到自己的200英寸的望远镜工程的竣
工。但他能够亲眼看到他的40英寸、60英寸和100英寸的望远镜带来的
影响，它们每一个都进一步揭示了，星云不仅数量众多而且种类纷繁。
然而，这些天体的确切位置仍然是一个谜。它们到底是我们银河系的一
部分，还是远离我们的自成一体的遥远星系？
对这个问题的争论在1920年4月达到白热化。当时美国国家科学院
计划在华盛顿举办一场被后世称为“大辩论”的讨论会。科学院决定，会
议应当将关于星云本质的两个对立阵营汇集到一块儿，在当时最杰出的
科学家面前就相关问题展开争论。一种观点认为，银河系包含整个宇
宙，当然也包括星云，威尔逊山天文台的天文学家就强烈坚持这种观
点，他们选派了一位雄心勃勃的年轻天文学家哈洛·沙普利，来代表他
们出战这场论战。相反的观点则认为，星云都是自成一体的星系，持这
种观点的代表是利克天文台，他们推荐希伯·柯蒂斯来捍卫自己的立
场。
说来也巧，两位敌对的天文学家乘坐同一趟列车从加利福尼亚州来
华盛顿。这是一趟尴尬、令人难受的旅程——两位天文学家在奔驰4000
千米的火车上就直接面对面地干起来，每一方都注意避免过早地卷入以
后的辩论。而且这种情形因为各自的性格反差而变得更加严重。
柯蒂斯顶着一副杰出天文学家的优越光环和声誉，一向以说话权威
和信心十足而著称，谈起即将到来的论战可说是津津乐道。与此相反，
沙普利很紧张，被震摄住了。这个从密苏里州来的贫穷农民的儿子，迷
迷糊糊地闯进天文学领域，更多的是靠运气而不是判断。十几岁上大学
时，他原本想学新闻学，但这门课被取消了，于是他必须找一门新课来
替代：“我打开课表，能选的第一门课是a-r-c-h-a-e-o-I-o-g-y（考古
学），我都发不好这个词的音！……于是我又翻过一页，看到a-s-t-r-o-
n-o-m-y，这个词我念得出来——就它了！”
到了大辩论这年，沙普利已经确立了自己作为新一代有前途的天文
学家的地位，但他还是感到柯蒂斯浓重的阴影笼罩着自己，因此，当他
们乘坐的南太平洋列车在亚拉巴马州抛锚时，他高兴地感到终于有机会
摆脱对手的恐吓性做派了。沙普利把时间花在了寻找车厢周围的蚂蚁
上，这方面他已经研究并收集了许多年。
图39 大论战的两个主角：年轻的哈罗·沙普利（左），他相信星云位于银河系之内；资深的希
伯·柯蒂斯，他认为星云是独立的星系，远在银河系之外。
当大辩论的夜幕终于降临时，沙普利的神经已被会议议程的主要事
项——长篇大论的颁奖仪式——弄得极度疲劳。对获奖者的表彰和获奖
者的演讲似乎没完没了。当时没有一滴酒可以帮助提振精神，因为禁酒
令在那年的早些时候开始生效。在台下，爱因斯坦低声对他的邻座说
道：“我刚刚得到了一个关于永恒的新理论。”
最后，大辩论终于占据了舞台中心，当晚的主项正式拉开序幕。沙
普利率先开始发言，他给出了星云在银河系内的理由。在演讲中，他依
靠两个证据来支持他的观点。首先，他讨论了星云的分布，它们一般都
处于银河系扁平平面的上方或下方，极少在银盘平面本身之内，这个带
状区域就是后来众所周知的隐带。沙普利这样来解释这种情形，他声称
星云是一团孕育新生恒星和行星的气体云。他认为，这样的云团只存在
于银河系的上方和下方可触及的地方，并随着恒星和行星的逐渐成熟而
飘向平面的中心。因此，他可以根据银河系是唯一的星系这一点来解释
隐带。然后，他转向他的对手，声称隐带与他们的宇宙模型不兼容：如
果星云代表的是穿插在整个宇宙中的星系，那么它们应该出现在银河系
周围的各个地方。
沙普利的第二个证据是1885年曾出现在仙女座星云的一颗新星。顾
名思义，新星不是新的恒星，而是一颗原先非常暗淡的恒星在亮度上突
然增强的结果，其能源得自对其伴星的盗取。1885年的这颗新星的亮度
只有整个仙女座大星云的亮度的十分之一，如果仙女座只是由位于我们
银河系边缘上的少量恒星构成的话，这一点就非常好理解。但如果仙女
座，像他的反对者所声称的那样，是一个自成一体的星系，那么它就将
由上千亿颗恒星组成，而新星（其亮度是仙女座的十分之一）就会像亿
万颗恒星加起来一样亮！沙普利认为这是荒谬的，因此唯一合理的结论
就是，仙女座星云不是一个独立的星系，而只是我们银河系的一部分。
对于一些人来说，这种水平的证据是绰绰有余了。天文学史专家艾
格尼丝·克拉克事先已了解沙普利的证据，并在此之前曾写道：“现在我
们可以信心十足地说，没有一个称职的思想家，面对所有这些可获得的
证据，仍坚持认为单个星云是一个与银河系等级相同的恒星系统。”
然而对柯蒂斯来说，事情还远远没有解决。在他看来，沙普利列举
的情形有弱点，他攻击他的两个主要论点。两人都有35分钟的时间陈述
各自的理由，但是他们的风格迥异。沙普利给出的是一个基本上非专业
性演讲，旨在让来自不同学科的科学家都能听懂。而柯蒂斯则从细节上
提出了无情的反击。
关于隐带，柯蒂斯认为，这是一种错觉。他认为，星云，作为星
系，是对称地点缀在空间各处的，并且远远超出了银河系范围。依据柯
蒂斯的理解，天文学家无法看到银河系平面内的很多星云的唯一原因，
是因为它们的光被占据银道面的所有恒星和星际尘埃阻断了。
接下来是对沙普利的另一个支柱——1885年的新星——的攻击。柯
蒂斯不认为这里有什么异常。在星云的旋臂里人们已经观察到许多其他
新星，而且它们全都比著名的仙女座新星要微弱得多。事实上，观测到
的大多数星云新星都是这样极其微弱的，柯蒂斯辩称道，这证明星云一
定是遥远得令人难以置信，远远超出了银河系的范围。总之，柯蒂斯不
准备仅仅因为一颗35年前的明亮的新星就放弃自己珍爱的模型。柯蒂斯
再次重申了他的未经证实的多星系模型：
在思想家心目中所形成的概念中很少有比这个想法更重要的了。这
就是说，我们，在数以百万计的恒星所构成的银河系中的一个恒星的小
卫星中的微不足道的居民，可以超越其界限而看得更远，并看到其他类
似的星系，它们的直径有数万光年，每一个都像我们银河系这样，由上
十亿颗太阳组成，而且，在我们这样做的时候，我们正渗透到更大的宇
宙中，其距离从五十万光年至一亿光年不等。
柯蒂斯在他的演讲中还提出了各种其他证据，有些用于支持他自己
的理论，有些用于攻击沙普利。他相信他已经提出了一个令人信服的理
由，并在不久之后写信给他的家人道：“华盛顿的辩论圆满收场，我一
直认为我的表现相当出色。”但事实是这场辩论没有明确的胜利者，如
果说有那么一点偏向于柯蒂斯的观点，沙普利也是将其归因于风格而非
实质内容：“我记得，我宣读我的论文，柯蒂斯介绍了他的论文，可能
他不用介绍得很充分，因为他是一个善于表达的人，不怯场。”
大辩论对于将注意力集中到一个远未解决的问题上的成效并不大。
但它敏锐地反映了引导科学前沿研究的性质，在科学前沿，相互竞争的
理论彼此相互校正，所依据的却只有最薄弱的硬数据。每一方用来支撑
自己观点的意见都缺乏严谨、细节和体量，因此太容易被反对者贴上数
据有缺陷、不准确或随意解释的标签。除非有人能够确立一些具体的观
察手段来可靠地给出星云的距离，否则这些竞争性理论都不过是猜测。
理论的可接受性似乎取决于其支持者的个性，而不是任何真实的证据。
大辩论涉及人类在宇宙中的位置，解决这个问题需要在天文学上有
重大突破。一些科学家，如大众天文学作家罗伯特·鲍尔，认为这样的
突破是不可能的。在《天堂的故事》一书中，他的观点是天文学家有知
识上的局限性：“我们已经到达这样一个点，人的智力开始无法让他看
清前途，他的想象力已被其试图实现其已有知识的努力所压垮。”
一些古希腊人在驳斥测量地球的大小或到太阳的距离等可能性时也
有过类似的表述。然而，第一代科学家，包括埃拉托色尼和阿那克萨哥
拉，发明了一系列能让他们量度地球和太阳系的技术。随后，赫歇尔和
贝塞尔采用亮度和视差的方法来测量银河系的大小和恒星的距离。现
在，是到了该有人站出来发明一种可以跨越宇宙的衡量标准，一种可以
解决星云的真正本质的方法的时候了。
现在你看它，但你看到的不是现在的它
纳撒尼尔·皮戈特来自一个富裕且人缘广泛的约克郡的家庭，是第
一等的绅士天文学家。作为威廉·赫歇尔的密友，皮戈特曾对日食做过
两次仔细的观察，并对1769年的金星凌日现象做过观测。他还建造了18
世纪末英国的三大私人观象台中的一座。因此，他的儿子爱德华从小就
是在望远镜等天文仪器的环境中长大的。爱德华养成了迷恋夜空的习
惯，显然，假以时日，他一定会在对天文学的热情和专业知识两方面超
越他的父亲。
爱德华·皮戈特的主要兴趣是变星。新星被认为就是一类变星，因
为它们发出的光经过很长一段时间的相对微弱后突然爆发，随后又逐渐
变回到它们以前的昏暗状态。其他变星的亮度变化则要规则得多，例如
英仙座的大陵五，外号“眨眼的恶魔”。这些变星在天文学上之所以很突
出，是因为它们直接与古人认为的恒星不变的观点相矛盾，并引起整个
学界共同努力来理解是什么导致它们的亮度出现波动。
在20多岁时，爱德华·皮戈特结识了少年约翰·古德利克。后者是个
聋哑人，但对科学产生了浓厚兴趣。在他成长期间，教育工作者首次对
聋哑孩子的学校教育问题开展讨论。这使他有幸入学英国第一所为聋哑
孩子设立的学校。这所由托马斯·布雷德伍德资助的学校于1760年在爱
丁堡开办。学校的良好声誉引得作家兼词典编纂家萨缪尔·约翰逊在
1773年前往拜访，在学校他可能遇见过古德利克，当时后者还只是个9
岁的小学生。约翰逊对教育聋哑儿童特别感兴趣，因为他在婴儿期曾从
他的乳母那里染上肺结核，后来又患上猩红热，两次疾病让他的一只耳
朵永远失去了听觉，并伴有弱视。约翰逊对布雷德伍德聋哑学校的深刻
印象在他的《西苏格兰岛旅行记》一书中有清晰的反映：
我走访了这所学校，发现一些学生在等待他们的校长，据说在他进
校门时，他们会面带微笑、两眼放光地迎接他，满怀着对新的想法的渴
望。一名年轻女子拿着一块石板过来，我在上面写了一个三位数与两位
数相乘的问题。她看了看，然后以一种我觉得很漂亮的方式活动着她的
手指，但我知道不论这种姿势是艺术还是娱乐，乘出来的结果在相加时
一般要分两行写，并要使数位对齐。
然后，到14岁时，古德利克从布雷德伍德聋哑学校转到沃灵顿学
