6．河外星系知多少

从地球上看来，银河系是天上的大城市，但和整个宇宙比较起来，银河系又小得可怜，见图1-6-1（a）。宇宙是一个广袤无垠、浩瀚辽阔的天体海洋，银河系只是海洋中的一座小岛。古代人只凭肉眼，视力有限，所见星球中绝大多数只是银河中的成员。伽利略发明的望远镜扩大了人类的视野，观察到的天体数量大大增多。但是，仅仅从整个天球上分布的星星的亮度和闪烁情况，我们很难勾勒出宇宙的整体图像，因为我们毕竟还是要受限于“在此山中”的客观事实。

尽管肉眼视力有限，我们还是能看见银河系的两个近邻：大小麦哲伦云，如图1-6-1（b）所示。能看到南半球天空的古人应该很早就发现了与银河系有所分离的这两团星云。不过，大多数的观测并未在历史上留下痕迹，波斯天文学家阿尔·苏非于公元964年出版的《恒星之书》中曾经提到阿拉伯人对它们的观测。后来，直到16世纪初著名的葡萄牙航海家麦哲伦作环球航行时，再次发现了这两个星云并且对它们作了详细的描述，因此，后人将它们用这位航海家的名字命名。

但即使当年的航海家观测到了这两个星云，也并不明白它们是什么？位于何处？首先，如何准确地测量星体与我们地球之间的距离就不是一个容易解决的问题。人类迄今为止所得到的所有天文知识，都是靠光，也可以说是被现代科学技术武装扩大了的“目测法”。本书后面会对此作更为详细的介绍。

1912年，美国天文学家勒维特利用“周光关系法”测定出小麦哲伦云与我们的大概距离，使其成为最早被人类确认的（可能）不属于银河系的星系。近代天文学告诉我们，大小麦哲伦云与银河系的距离分别为16万光年和19万光年，质量分别是银河系的几十分之一和百分之一。从图1-6-1（b）中看起来，它们只是银河系旁边两个小“团团”，但它们的每一个都拥有数十亿颗恒星！虽然大小麦哲伦云也算是星系，但是它们与银河系太亲密了，像婚礼上新娘的两个“伴娘”。不过，它们围绕银河系转圈的周期又是一个让你吃惊的天文数字：10亿~15亿年才转一圈！此外，这种转圈运动也不会永远继续下去，据说小麦哲伦云已经逐渐被银河系强大的引力撕裂，天文学家们预言，这两个“伴娘”多年之后的命运将会是与银河系合为一体。

不过也有观点认为，像大小麦哲伦云这样绕着银河系转圈的星系，只能算是银河系的卫星星系。在宇宙中观测到许多较大的星系都有卫星星系，不过卫星星系一般都是一些“矮子”，像银河系这种牵着两个不算“矮”的“伴娘”星系的不是很多。实际上，除了大小麦哲伦云之外，银河系还有好几个围绕她转圈的卫星“矮星系”，比如大犬座、人马座、大熊座、小熊座等。

如果不算麦哲伦云，哈勃是第一个真正“望”到了银河系之外的人。当他初到美国加州的威尔逊山天文台时，当时的天文界权威得意地告诉他，他们已经估算出了银河系的大小，半径大约是30万光年。他们认为，这大概就是观测的极限，也差不多是宇宙的极限了。可哈勃根本不相信这种观点，几年后，他用2.54m口径的胡克望远镜证实，银河系不过是宏大宇宙中的一颗小小沙粒，除了银河系这个极其普通的成员之外，宇宙中还有许多类似的星系。当年的哈勃，首先“看”到了距离银河系200万光年之外的仙女星系！

与观察到麦哲伦云类似，古人也早就看到了仙女星系。只是，古人一直认为她是银河系中一个类似于太阳系的恒星系统而已。阿尔·苏非在《恒星之书》中，则将仙女星系描述为一片“小云”，后来的天文学家们也认为她属于银河系，称之为仙女星云。

19世纪有一个叫艾萨克·罗伯茨的英国商人，对天上的这片“小云”产生了好奇心，下决心要把它“看”得更清楚。罗伯茨依靠他的经济实力，在英国萨塞克斯郡建造了一座私人天文台，并且自己动手改进当时粗糙不堪的天文设备，还自制了一架口径10cm的望远镜。罗伯茨利用他的这些天文“玩具”，观测并拍摄了一些他的同时代人未见过的天文照片。

1887年，罗伯茨使用长时间曝光的方法，为这朵“小云”拍摄了一张清晰的照片，给世人展示了仙女挥动“双臂”旋转的舞姿，第一次让人们认识到仙女星系有两个旋臂，见图1-6-2（a）。

当然，照片再清晰也回答不了这团光斑到底是在银河系之内还是银河系之外的问题。答案是由哈勃在1924年利用造父变星的光变周期测量了“小云”的距离之后得到。根据哈勃的测量，她距离我们200万光年之遥，当然只能位于银河系之外了，因为我们所在银河系的直径不过十几万光年。因此，仙女座被认定是一个比银河系还大得多（大约2倍）的独立星系。

在月光较暗淡的秋天夜晚，如果你在远离城市的郊外仰望星空，便会较容易地辨别出一个被观测者称为“秋天四边形”的图像，这个四边形是由飞马座的三颗星和仙女座的一颗星构成的。除了飞马座和仙女座之外，旁边还有仙后、仙王、英仙、双鱼等星座，见图1-6-3（a）。

这些星座名字大多数来自古希腊神话中的神仙。古人们望着迷人的夜空，遐思不断，编织出许多美丽的童话故事。仙女座的名字——安德罗墨达（Andromeda），指的是埃塞俄比亚国王（仙王）与王后（仙后）之爱女，其母卡西奥佩娅因为不断炫耀女儿的美丽而得罪了海神之妻。海神为实现妻子报复卡西奥佩娅的心愿，下令海怪（鲸鱼）施展魔法，掀起一波又一波的海啸巨浪，使得附近海域成天不得安宁。海神请求神谕，逼迫仙后献上安德罗墨达。仙王和仙后只好将女儿安德罗墨达用铁索锁在一块礁石上，后来宙斯之子、英俊潇洒的柏修斯（英仙）刚巧骑着飞马路过此处，瞥见惨剧。安德罗墨达的父母请求柏修斯营救他们的女儿，作为条件他可以娶安德罗墨达为妻，并成为埃塞俄比亚的国王。于是柏修斯力战并杀死了鲸鱼，救出仙女并与其结成美满的姻缘。

仙女星系是一个典型的旋涡星系。如同银河系，仙女星系也有好几个卫星星系，目前所知的已经有14个矮子星系绕着仙女星系旋转。

河外星系的发现是人类探索宇宙过程中的重要里程碑。天文学和宇宙学中，哈勃的名字已经和好几个里程碑相关。在现代的天文观测手段中，这个名字又和一个重要的太空天文望远镜联系在一起，人们以此表示对这位探索宇宙的先行者的无比敬仰和永恒怀念。

天文学家们估计河外星系的总数在千亿个以上，星系的外形和结构多种多样，每个星系又都由数万乃至数千万颗恒星组成。除了独立的星系之外，大多数星系又互结为“群”，群中的成员数少则两个，多则几百上千个。比如说，我们的银河系和她的邻居仙女星系，还有其他30多个星系，共同组成了一个更大的星系集团，科学家们称她为“本星系群”。

还有一件有趣的事。根据天文学家的研究结果，仙女星系正在以每秒20km的速度向银河系靠拢，据说最后将与银河系相撞，如图1-6-3（b）所示。不过大家不需要担心，那是40亿年之后才会发生的事情。 xT5m/9pMpzpGHyKk2EpB0CvYF30HapSEufheBHq0vkHyRmu1nB1R+dPeYEJPZ+3b