Astronomy 版 (精华区)

　　整个20世纪30年代，天文学家都在努力解决关于这些星系的
一些令人烦恼的问题。一则是，根据他们假设的这些星系的距离，
这些星系显然都比我们的银河系小得多。这似乎是一个奇怪的巧
合：我们正好居住在一个最大的星系中。二则是，仙女座星系周
围的球状星团的亮度似乎只有我们银河系中球状星团的1/2或1/3。
（仙女座星系的球状星团几乎和我们银河系一样多，并且它们围
绕着仙女座星系的中心排列成球形。这个发现似乎证明，沙普利
关于我们银河系的球状星团呈球形排列的假设是合理的。有些星
系球状星团多得惊人，例如在室女座里的M-87星系，至少拥有10
00个。）
　　最严重的问题是；这些星系的距离似乎表明宇宙的年龄只有
20亿年（理由我将在本章后面讨论）。这是令人费解的，因为地
质学家认为地球本身的年龄大于20亿年；而且他们所利用的证据
被认为是最可靠的。
　　第二次世界大战期间，这个问题才开始有了答案。当时一位
在德国出生的美国天文学家巴德发现，以前用来测量星系距离的
尺度是错误的。
　　1942年，巴德利用战时洛杉矶灯火管制的机会，在夜空清澈
的威尔逊山上，使用254厘米（100英寸）望远镜，对仙女座星系
进行了仔细研究。由于能见度增高，使他能够分辨出仙女座星系
内部区域的一些恒星。他马上注意到，这些恒星与这个星系的外
围恒星有显著的差异。在内部最亮的恒星带红色，而在外围最亮
的恒星则带蓝色。而且，内部的红巨星远不如外围的蓝巨星亮：
后者的亮度有我们太阳的10万倍，而前者只有1000倍。最后，在
仙女座星系的外围发现明亮的蓝星的地方，布满了尘埃；而在内
部，尽管是一些不太明亮的红星，却没有尘埃。
　　巴德认为，那里好像有两类具有不同结构和历史的恒星。他
把外围带蓝色的恒星叫做星族Ⅰ，而把内部带红色的恒星叫做星
族Ⅱ。后来证明，星族Ⅰ的恒星比较年轻，金属含量高，在星系
的中间平面上沿着近乎圆形的轨道绕星系中心运行。星族Ⅱ的恒
星则比较老，金属含量低，轨道呈明显的椭圆形，而且与星系的
中间平面有相当大的倾角。后来，这两个星族又被细分为更多的
次群。
　　战后，由美国天文学家海耳监制的新508厘米（200英寸）海
耳望远镜在帕洛马山上落成，巴德继续进行他的研究。他发现，
这两个星族在分布上有一定的规律性，而这些规律是由有关星系
的性质决定的。有一类星系叫做椭圆星系（呈椭圆形状，而且具
有较均匀的内部结构），这类星系显然主要是由星族Ⅱ的恒星组
成的，如同任何星系中的球状星团那样。另一类叫做旋涡星系（
具有旋臂，看上去就像一个玩具风车），它的旋臂是由星族Ⅰ的
恒星组成的，相对于星族Ⅱ背景。

　

图：左图是星系M83，一个典型的旋涡星系。右图是椭圆星系M87。

　　据估计，宇宙中只有大约2%的恒星属于星族Ⅰ类。但是我们
的太阳和我们附近的一些熟悉的恒星都属于这一类。仅根据这一
事实，我们就可以推断，我们的银河系是一个旋涡星系，而我们
位于它的一个旋臂上。（因为银河系的旋臂聚集着尘埃，因此在
我们的附近有许多或明或暗的尘埃云。）从照片上可以看出，仙
女座星系也是旋涡星系。
　　现在再来谈尺度。巴德开始把在球状星团（星族Ⅱ）中发现
的造父变星和在我们这一旋臂（星族Ⅰ）上发现的造父变星加以
比较。结果表明，就周期和光度之间的关系来说，两个星族里的
造父变星确实属于两种不同的类型。星族Ⅱ的造父变星遵循勒维
特和沙普利建立的周期－光度曲线。利用这一尺度，沙普利相当
准确地测量了球状星团的距离和我们银河系的大小。但是，现在
发现，星族Ⅰ的造父变星是一种完全不同的尺度！一颗星族Ⅰ的
造父变星的光度是一颗周期相同的星族Ⅱ的造父变星的4倍或5倍。
因此，使用勒维特的尺度，根据一颗星族Ⅱ造父变星的周期，来
计算它的绝对星等，就会得出错误的结果。绝对星等错了，距离
的计算也一定是错的：这颗恒星实际上要比计算出来的距离远得
多。哈勃曾利用仙女座星系外围（星族Ⅰ）的造父变星来推估仙
女座星系的距离，当时只有这些造父变星能够辨认出来。现在，
利用修正了的尺度，测出这个星系距离我们大约250万光年， 而
不是不到100万光年。 其他星系也按比例向外推移。（但是，仙
女座星系仍然是我们的一个近邻，星系间的平均距离估计约为20
00万光年。）
　　就这么一修正，已知宇宙的范围就扩大了一倍多，30年代困
扰的问题也迎刃而解了。我们的银河系不再是最大的了，例如，
仙女座星系就肯定比我们的银河系大。再者，现在看来，仙女座
星系的球状星团同我们银河系的一样亮；以前只是因为距离计算
错了而觉得它们比较暗。最后，新的距离标准可以使宇宙的年龄
剧增，从而使宇宙的年龄能和地质学家所估计的地球的年龄一致
起来了。（我将在后面说明理由。）