第六节 河外星系的证认和观测宇宙的扩大
在银河系以外是否还存在其它星系——河外星系？这始终是同星云的观测和证认分不开的。用望远镜完成这项工作，在灵敏度足够的前提下，既取决于观测的分辨率，又取决于星云距离的准确测定。
如前所述，望远镜的分辨率是由它能分开的最靠近的两点相对于观测点所夹的角度△θ来表征的；△θ愈小，分辨率就愈高，反之则愈低。当远处的两点相对于观测点的夹角小于望远镜可能分开的最小角度△θ时，则这两个点就会被看成一个点；当许多这样两两不能分开的点散布在一个较大的空间范围内时，只能说望远镜看到了一片模糊状的东西。这东西到底是由原子、分子或离子组成的气体云，还是主要由恒星组成的星系，该望远镜是分辨不清的。早期用望远镜观测星云的情况正是如此。
18世纪中叶前后，康德等人在提出常见的银河和恒星构成一个巨大的天体系统的同时，还认为宇宙中存在着无数类似的其它巨大的天体系统；看上去呈云雾状的“星云”很可能就是这样的天体系统。然而，这种出色猜想的证实却经历了170年之久的曲折历程。
最早用实测方法探索是否存在河外星系的也是英国天文学家威廉·赫歇耳。他选出29个云雾状天体进行观测。他想若能将某个云雾状天体分解为由众多恒星组成的天体系统，就能证明该系统就是河外星系。他使用当时口径很大的望远镜果然将这29个“云雾状天体”中的绝大部分分解为恒星系统，并作出它们就是河外星系的结论。现在看来，在没测准它们的距离之前，就作出这样的结论当然是不充分的。实际上，在这29个对象中，有18个是球状星团，6个是疏散星团，它们都属于银河系的成员，从恒星数目及其空间分布范围等方面看，都不是星系层次的天体系统。
在分光术用于天文观测后，人们发现恒星的光可分解为含吸收线的连续光谱，如太阳光谱；而稀薄气体发出的光则可分解为明线光谱，即发射线光谱。1864年，哈根斯用分光镜观测天琴座中的一个行星状星云，发现它的光谱是明线光谱，说明这种星云不是一群恒星，而是一团发光的气体云。这就很容易使人作出这样的判断：凡是看起来呈云雾状的东西都是气状物质。
实际上，存在两类完全不同的星云：具有明线光谱的气体星云及具有连续光谱加吸收线的河外星云。它们并不互相排斥。正如恩格斯在1871年所预言的：“一部分气状星云，作为还没有形成的太阳，属于我们的星系，这并不排斥这样的情况：另一些星云，如梅特勒（J．H．Madler）所主张的，是很远的独立的宇宙岛。”（恩格斯，《自然辩证法》，人民出版社，1971年版，第16页）。从可能的实际情况出发，既不把星云全看成河外星系，又不把它们全看成气团，这正是辩证思维的具体体现。
恩格斯的上述判断实际又经历了半个多世纪才得以证实。有的天文学家也确实坚持认为某些星云是河外星系，但在星云距离的测定上却遇到了不少困难。例如，颇受关注的仙女座大星云，到底离我们多远？用其中的新星与银河系里的新星作亮度对比求距离很不准，结果可达1000万光年，后来又缩短到50万光年；而如果用其中的超新星去与别的新星作亮度对比求距离则只有1600光年，显然不对。在这种情况下于1920年4月在美国科学院举行的一次宇宙尺度的大辩论，谁也没有说服谁。直到1923～1924年，美国天文学家哈勃在威尔逊山天文台用当时口径最大的2.5m反射望远镜，通过照相观测将仙女座大星云的外围分解为许多单个的恒星，并在这些恒星中证认出第一颗造父变星，进而利用造父变星的周光关系准确测量了距离，才有力地证明了仙女座大星云确实是一个银河系之外的星系——河外星系。这一结果于1925年公布后很快得到了天文界的公认，从而掀开了探索无数河外星系的新篇章。
图4．10是美国海耳天文台拍摄的仙女座星系（M31）的照片。该星系的视星等为3．5等，肉眼所见的形状如同暗弱的椭圆小光斑，而在照片上则呈现为倾角77°的旋涡星系，从中心亮核伸展出来的两条旋臂也隐约可见。现代测定它的距离是50千秒差距（约220万光年）。虽然它的直径比银河系大一倍，但要把其中所有的恒星都分辨出来还是很困难的。这张照片上所有分得清楚的星点却全是属于我们银河系的恒星。如果从仙女座星系观望银河系，其面貌应该大致和它相同；但我们只能在银河系内看银河系，这就难以看到全貌了，如同身在庐山，“不识庐山真面目”。
用射电天文手段观看银河系，我们将会看到，情况将会有所改善。
随着第一个河外星系——仙女座星系证认的成功，哈勃又进一步观测研究了许多其它的河外星系，并于1926年提出了星系形态分类的见解。该见解经多次修订，于1936年全面形成了哈勃的星系形态分类系统，如图4．11所示。
哈勃将星系共分为椭圆星系、旋涡星系和不规则星系三木类，图中仅绘出了前两类。其中椭圆星系以符号E表示，并按椭率的不同细分为E0到E7共8个次型；而旋涡星系则先分为两族，即正常旋涡星系S和棒旋星系SB，其中每族按旋臂的松紧程度的不同再细分为a、b、c三个次型，无臂的旋涡星系则定名为S0型（或称透镜型星系）。