漩涡星云之谜

GUNDAM

摘自《中国国家天文》09年11期
古希腊有一些卓然超群的学者，特别是德谟克利特，曾天才地猜测横亘天穹的银河其实是一大片星星构成的“云”。但是，在很长时间中，大多数欧洲人都信奉亚里士多德的想法：银河是地球大气层发光的具体表现。
1609年，意大利科学家伽利略发明了天文望远镜。他从望远镜中看到，白茫茫的银河被分解成了无数的星星，从而证明德谟克利特的猜想完全正确。17世纪中叶，英国的托马斯·赖特、德国大哲学家康德等人开始思索恒星在太空中的真实分布，并各自独立地得出结论：漫天恒星组成了一个极其庞大、但范围仍然有限的宏伟体系。

1750年，赖特首先解释了银河环抱天穹的原因。他设想，天上所有的恒星组成一个扁平的透镜状集团，其形状像一个车轮或一张薄饼；地球所处的位置使我们沿这块“透镜”的长轴看去可以看到极其大量的恒星，星光融成一片就成了银河；但沿着这块“透镜”的短轴看去，却只能看见稀稀疏疏的少量恒星，他们的后面便是黑暗的空间。总的说来，赖特的见解基本正确。
康德进一步认为，我们这个包括银河在内的恒星系统如果是个孤岛般的集团，那么远离它的空间内必定还有别的孤岛般的恒星系统，他称它们为“岛宇宙”。他还说明，如果从十分遥远的地方观看我们自己这个银河系统，那么它必定很像一个暗淡的圆轮，与当时从望远镜中看到的一些云雾状斑块——即“星云”非常相似。康德的思想超越他的时代已经很远，在此后170年中，后世天文学家才逐渐证实了他的正确性。

18世纪末叶，英国天文学家威廉·赫歇尔巧妙地确定了我们置身其中的这个庞大恒星系统——“银河系”的形状。它确实有点像一块透镜，赫歇尔认为它包含的恒星总数也许有好几亿。其实，今天我们知道，银河系中的星数超过2000亿颗。

20世纪初，荷兰天文学家卡普坦首次较为精确地测定了银河系的大小。他于1922年提出的银河系结构模型与赫歇尔的颇为相似，但尺度大得多，约为40000光年。尽管这还是比银河系的实际尺度小，但在当时已大大拓宽了人们的眼界。同时，天文学家们也更急切地希望弄清：太空中是否真如康德所言，存在着与银河系相似的众多“岛宇宙”？
无月的晴夜，在无人为光源干扰的情况下，具有正常视力的人用肉眼即可看出，在仙女座中有一颗“恒星”有点异样，它像一小块暗弱的雾状光斑。这就是天文望远镜发明之前人们早已知晓的“仙女座大星云”。康德猜想它正是一个岛宇宙，只因距离太远而显得模糊不清。

从天文望远镜中可以看见许多与仙女座大星云相仿的云雾状天体。起初，天文学家将它们统称为星云。后来，赫歇尔发现，不少星云在大望远镜中被分解成了一颗颗恒星，另一些星云则无论如何也分解不出恒星来。他认为后者乃是由大团气体物质组成的真正的星云。 1864年，英国天文学家威廉·哈金斯用光谱分析法进一步揭示了星云的本质。恒星的光谱是在明亮的连续光谱背景上叠加许多暗的光谱线，这叫做“吸收光谱”；稀薄气体的光谱则只有一些明亮的光谱线而不存在连续光谱背景和暗线，这叫做“明线光谱”。哈金斯观测了赫歇尔无法分解为恒星的一些星云的光谱，结果只看到少数亮线而没有发现吸收光谱。于是，他说：“星云之谜被我窥破了，它不是一群星，而是一团发光的气体。”     看来，天空中那些云雾状的光斑可以分为两大类：一类是真正的气体星云，其光谱为明线光谱，它们位于银河系内，因此又称“银河星云”。另一类是能用当时的望远镜分解为众多恒星的天体集团，它们的光谱和恒星一样，也是吸收光谱。但后来查明，它们并不是康德设想的岛宇宙，而是位于银河系内的一种规模稍小的恒星集团，称为“球状星团”。 但是，还存在着第三种类型的云雾状光斑：它们既具有和普通恒星一样的吸收光谱，可是即便使用相当大的望远镜，也看不出这些星云中的单个恒星。它们往往具有某种旋涡状的结构特征，所以被称为“旋涡星云”。 旋涡星云究竟是什么东西？人们对此争论不休。1920年4月26日，美国国家科学院就此举行了一场举世闻名的大辩论，对垒双方都是当时天文学界的“大腕”：哈洛·沙普利和希伯·道斯特·柯蒂斯。柯蒂斯主张“这些旋涡星云不是银河系以内的天体，而是像我们自己的银河系一样的岛宇宙；作为银河系外的恒星系统，这些旋涡星云向我们指示了一个‘比先前想象的’更为宏大的宇宙”。沙普利却坚持认为没有理由“去修改当前的假设，即旋涡星云根本不是由典型的恒星构成，而是真正的星云状天体”。辩论双方各自阐明有利于自己的天文观测证据，但是谁都未能说服对方。

rednato

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