宇宙岛（宇宙岛）

宇宙岛假说的证实

十六世纪末，意大利思想家布鲁诺推测恒星都是遥远的太阳，并提出了关于恒星世界结构的猜想。到了十八世纪中叶，测定恒星视差的初步尝试表明，恒星确实是远方的太阳。这时，就有人开始研究恒星的空间分布和恒星系统的性质。1750年英国人赖特为了解释银河的形态，即恒星在银河方向的密集现象，就假设天上所有的天体共同组成一个扁平的系统，形状如磨盘，太阳是其中的一员。这就是最早提出的银河系概念。在赖特和康德前后，还有斯维登堡和朗伯特等人，都发表了同样的见解。可是，当时人们把河内星云（即银河星云）和河外星云（即星系）都当作星系，而且对银河系本身的大小和形状也没有正确的认识。因此，宇宙岛这个假说在一百七十年间有时被承认，有时被否定；直到1924年前后，测定了仙女星系等的距离，确凿无疑地证明在银河系之外还有其他的与银河系相当的恒星系统，宇宙岛假说才得到证实。

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宇宙岛这一名称，据哈勃考证，最初出现在德国博物学家洪保德的著作(《宇宙》第三卷，1850年)中，因为它形象地表达了星系在宇宙中的分布，后来就被广泛采用。另外还有“恒星宇宙”和“恒星岛”等名称，都是“宇宙岛”的同义语。 1755年德国哲学家康德在《自然通史和天体论》一书中，发展了赖特的思想，明确提出“广大无边的宇宙”之中有“数量无限的世界和星系”，这就是宇宙岛假说的渊源。

漂浮宇宙岛之迷

宇宙岛，是人们对星系极其形象的称呼。在宇宙大爆炸之后的膨胀过程中，分布不均匀的物质受到引力的作用逐渐聚集而形成一个个星系，即宇宙岛。1755 年，德国哲学家康德提出宇宙中有无限多星系的观点，这就是宇宙岛假说的渊源。天文学家通过观测，看到许多雾状的星云，便猜测它可能是由很多恒星构成的，只是离得太远，人们无法一一分辨出。后来，英国天文学家赫歇尔发现许多星云可分解成恒星群，而另一些星云无法分解，于是他提出了星系并非宇宙岛的观点。到了20 世纪，科学家们经过精确的测量和论证，才把河外星系定名为宇宙岛。

宇宙岛

关于星系起源的理论有很多，有代表性的是引力不稳定性假说和宇宙湍流假说。前者认为，在30 亿年间，星系团物质由于引力的不稳定而形成原星系，并进一步形成星系或恒星；后者认为，宇宙膨胀时形成旋涡，它可以阻止膨胀，并在旋涡处形成原星系。二者都认为星系形成了100 亿年。现在人们观测到的河外星系已达上万个，最远者距银河系达7 0 亿光年。估计河外星系数目大得惊人，若画一个半径达20亿光年的圆球，其内含有约30 亿个星系，每个星系都包含着数以千亿计的恒星。

宇宙岛

美国天文学家奥康涅尔等人曾专门研究过星系的环，但与椭圆星系的环相比，华格天体的环具有特殊性，它光度均匀，结构对称，十分完美。他们还拍摄到了华格天体的光谱，谱线红移相当于每秒12750 千米，证明这种天体确实是在银河系之外。以色列特拉维夫大学天文台的布洛施，通过对华格天体的研究，又有了新的收获。他发现，华格天体的环发出的光比核发出的光还要强。他经过深入研究，认为华格天体的环属于旋涡星系环中的一种特例，是由星系盘的某种不稳定性造成的，也就是说，星系中棒状结构的不稳定性，搅动星系盘而形成了星系的环状结构。

宇宙岛之争

“宇宙岛”的提出者——德国科学家洪堡（1769—1859）

“宇宙岛”是19世纪中叶德国科学家洪堡提出的一个概念，他是为了描述宇宙中像我们所在的银河系一样的天体系统。他把这种天体系统形象地比喻为大海中的小岛，而将德文中的welt（宇宙）和inseln（岛）连用，命名它为weltinseln，即宇宙岛。宇宙岛概念提出之后，引起了争论，在经历了一番曲折的历程，直到20世纪发现了河外星系才得到证实和确认。

宇宙岛的概念是在19世纪中叶才提出的，而它的思想渊源则是与对银河和对星云的认识相联系的。

早在17世纪初，意大利物理学家伽利略就首次用天文望远镜看到了比肉眼所看的多得多的恒星，并发现了银河是由无数的恒星构成的。不过，那时多数人仍认为恒星是“固定”在遥远的天球上的光点。1717年，英国天文学家哈雷发现了恒星的自行，这才开始树立起恒星也是一种天体的观念。瑞典的斯维登堡在18世纪初期推测：恒星都是人们所熟悉的银河的成员，它们构成一个完整的体系，这种体系（即银河系）可能不是唯一的。1750年，英国天文学家赖特提出，天上所有的恒星和银河共同组成一个巨大的天体系统，它的形状像是一个车轮或薄饼，太阳系就在其中。站在这个天体系统向外看去，就可以看到银河的形象，他甚至猜测到银河轮廓的不整齐，很可能是由于太阳不在银河中心的缘故。1755年，德国哲学家康德在他的著作《自然通史和天体论》一书中，发展了斯维登堡和赖特的思想。他认为貌似“云雾状的星体”实际上是比恒星大几千倍的恒星世界，其中每一个恒星都联系在一个共同平面上，从而组成一个协调的整体。他还认为整个宇宙是无限个这样有限大小的天体系统所组成的总体。1761年，德国学者朗伯提出了一种无限阶梯式的宇宙模型，他认为太阳系是第一级体系；太阳及其周围的许多恒星构成的恒星集团是第二级体系；银河系是这种庞大的恒星集团的总合，构成了第三级体系；第四级、第五级以此类推直至无穷。可见，这时宇宙岛的概念虽然还没有明确提出，但是已经有了这种基本思想。这些见解都是相当出色的思想，但是当时人们在概念上还是有一些混乱。比如，对“云雾状星体”，有的天文学家把它理解为星云；康德则理解为星系。这种混乱表现在当时对于宇宙和天体的认识还处于较为肤浅的阶段，想象与猜测的成分居多。尽管有的想法是正确的，但是也需要通过观测和研究加以证明。特别是有这样两个问题急需回答：其一是众多的恒星与银河是否组成了独立的整体；其二是在这样一个系统之外是否还有类似的恒星集团。

正是在这样的背景下，英籍德国天文学家赫歇尔从观测的角度把认识推向了深入。他是通过业余自学而进入天文学领域的，凭着几十年坚韧不拔的努力，终于成为世界上赫赫有名的天文学家。他自己磨制了一架又一架的反射望远镜，一夜又一夜地观测天空。1781年，他发现了天王星。1783—1802年，他对星团和星云进行了系统的观测，赫歇尔最重要的观测工作就是对银河系结构的观测与研究，他不满足于斯维登堡、赖特、康德、朗伯等人的猜测。他采用取样统计的方法，观测事先选定的许多特定天区，一一数出这些天区中的星数以及亮星与暗星的比例。他发现，在银河附近比远离银河方向上同样面积的天区中的恒星数目要多得多。他通过1083次观测，一共数了683个取样天区中的117600 颗恒星，获得了丰富的观测资料。1785年，赫歇尔给出了一幅扁平、轮廓参差不齐、太阳居中的银河结构图，首次用观测证明了银河与众多恒星确实构成了一个天体系统，这就是银河系。赫歇尔还做了一项在当时非常有影响的工作，那就是对星云的观测。他使用当时首屈一指的反射望远镜观测那些“云雾状天体”（当时也有人称之为“无星的星云”），一共选择了29个观测对象。结果，它们中的极大多数都被分解为一个个暗弱恒星的集合体，赫歇尔认定“星云”就是星系。他还指出，一些在现在的望远镜中无法分辨出恒星的“星云”，在更大的望远镜中也许会分辨出恒星来。由于赫歇尔的声望，他的结论一发表就产生了很大的影响。这对人们接受“宇宙岛”的思想产生了积极的作用。

是否所有的星云都如同赫歇尔所说的那样，可以分解为恒星呢？不一定，事实上赫歇尔本人在1790中就观测到这样一个星云，它的中央有一颗星，四周则是云，他把它称之为“行星状星云”。这种星云无法分解为无数暗星的集合体，这说明真正的云状物是存在的。后来，他又观测到许多弥漫星云，也都无法分解出恒星。于是，他又否认了以前所得到的结论，放弃了星云就是宇宙岛的见解。而且不久以后，法国著名数学家、天文学家拉普拉斯独立于康德提出了太阳系起源于星云的理论。同时，由于拉普拉斯的工作有较好的科学基础，再加上拉普拉斯本人的学术声望，他的学说很快就得到了公认。这也使人们相信宇宙中存在星云是必然的，而星云就是宇宙岛的说法就被人们冷落了。

1845年，一架口径为1.8米的巨大反射望远镜投入了观测。一开始似乎带来了某种希望：原先不能分解的星云有的被分解了。但是进一步的观测表明，仍然有不少星云分解不开，星云到底是不是宇宙岛的争论仍然无法定论。

在这之后，由于物理学关于光谱研究的推动，天体分光术成为研究天体的一种新手段。意大利的赛奇和英国天文学家哈金斯曾观测恒星和星云的光谱，发现恒星的光谱与星云的光谱是不同的。恒星的光谱是连续光谱上有吸收线，而气体星云的光谱则是一组明亮的谱线。这一发现似乎给出了判断的标准，如果天体的光谱是明线光谱，那它就是气体星云；如果天体的光谱是连续背景上加吸收线，它则是恒星或者是宇宙岛。可是，实际上问题没有这么简单，因为在实际观测中发现，有些典型的星云却表现为恒星光谱。而有些通过望远镜已被分解为恒星的星云，它的光谱既不表现为明线光谱，又不表现为吸收光谱，而是连续光谱。哈金斯于1864年用分光镜观测位于天蝎座的一个行星状星云，发现它的光谱是明线光谱，这表明它不是一些恒星，而是发光的气体云。他进一步将观测对象扩展到其他星云，发现它们的光谱也属于明线光谱，这更使他断言星云是气团。这样一来，宇宙岛之说简直就站不住脚了。最终，宇宙岛之争是靠观测的进展解决的。1924年，美国天文学家哈勃用威尔逊山天文台的2.5 米口径的望远镜（这是当时世界上最大的望远镜）成功地把仙女座大星云的边缘部分分解为恒星，并在里面发现了几颗经典造父变星。他利用造父变星的周光关系定出仙女座大星云的距离为80万光年（现在公认的实测值为220万光年），远在银河系之外。1924年底，哈勃在美国天文学会上宣布了这一重要发现。这一发现非常有说服力，从此人们认定了仙女座大星云等实际都不是星云，而是银河系之外的恒星世界即宇宙岛，现在称之为河外星系。

从宇宙岛的提出到确认以及伴随着的争论，充分表明人类对宇宙和天体的认识走过的是一条艰难而曲折的道路。新的思想和新的观念最初总是比较粗糙，它本身需要一个完善的过程。宇宙岛思想刚提出时是超前的，由于受到观测手段和研究方法的限制，人们一下子还不能予以证实。所以，走一个曲折的路也是很自然的。在这一过程中，不同意见的争论正是使人们的认识由片面走向全面的推动力。

仙女座宇宙岛

宇宙岛