星系是遍布宇宙的龐大星星“島”

人類眼中的天河：神秘天河中藏著無數恒星

“晴夜高空，呈銀白色帶狀，形如天河，所以稱天河。”在久遠的古代，當中國人發現天空中的那條銀白色光帶時，人們覺得那簡直像是空中流淌的一條大河，因此叫它“天河”。而對世界各地的人們來說，空中的這條銀白色光帶一直都是美麗而神秘的，人們無法從科學角度解釋它的存在，只能求助于形形色色的神話傳說。

在古希臘，人們稱這條天河為“奶路”。古希臘人認為，“奶路”是宙斯同他的情婦之一阿爾克墨涅所生的兒子——幼年的赫拉克勒斯——抓傷了宙斯的正妻赫拉的乳房，把奶汁灑向天空而形成的。而在澳大利亞，人們普遍認為，天上的天河是造物主忙碌之后感到筋疲力盡時，在就寢前點燃的一堆營火所發出的煙。某些美洲印第安人的說法則更加神奇，他們認為天河是勇敢的戰士死后進入天堂的道路，路邊的明亮星星則是死者途中臨時休息地的營火。

跟這些神話傳說相比，古代中國關于銀河的神話故事則更為浪漫感人。“纖云弄巧，飛星傳恨，銀漢迢迢暗度。”宋代詞人秦觀的這句詞，形象地寫出了牛郎織女被天河阻礙無法相見的景象。相傳，天帝的女兒織女跟凡間的放牛郎相戀，卻被天帝阻止。天帝一怒之下，用一條天河將織女與牛郎隔開，使他們隔河相望，難以相見。

自此，天空便有了這條天河，而每逢七月初七，好心的喜鵲就會在天河上架起一座鵲橋，讓牛郎織女在橋上相會。

當然，神話傳說能滿足普通人對天河的猜測，卻無法滿足哲學家們的睿智頭腦。亞里士多德就認為，天河純粹是一種大氣現象，是地球蒸發產生的水蒸氣。而古希臘另一位有名的哲學家德謨克利特則提出，天河其實是由無數恒星構成的，只不過由于這些恒星太過暗淡、密集，只能表現為一條模糊的光帶。

直到1609年，意大利天文學家伽利略的發現，最終揭開了這條神秘天河的真面目。借助于自制的望遠鏡，伽利略觀測到了金牛座中有名的“七姐妹星團”，也就是中國古代說的“昴宿”，通常人的肉眼只能看到6顆星，但伽利略通過望遠鏡卻看到了36顆星。之后，他又對那條光帶進行了觀測，發現在望遠鏡中這條天河呈現出無數顆密密麻麻的星星。于是，伽利略證實了德謨克利特的見解，即銀河不是別的，而是會聚成群的無數恒星的大集合。

現在人們都知道，空中的天河其實就是我們地球所在的銀河系，其中分布著很多明亮的或者暗淡的恒星。當然，在認識了銀河的構成后，人們也隨之發現了更多類似于銀河系的、由無數恒星集合而成的光帶。

透過望遠鏡，以前人們只能用肉眼看到一些明亮恒星的天空，迅速擴展為一大片一大片的星星聚合體。在這些星星聚合體中，除了明亮的恒星，還有其他許多較暗的恒星，它們密集地分布在一條條光帶之中，呈現出一些特定的形狀。那么，恒星在什么空間范圍內是分布均勻的？遠處的恒星又是如何排列分布的呢？這個問題，便是我們接下來要講的概念——星系。

星系“類型秀”：旋渦星系、橢圓星系和不規則星系

就像藍色大海中點綴的一個個島嶼一樣，在茫茫無邊的宇宙中，點綴其中的是星羅棋布的星系。星系是宇宙中龐大的星星“島嶼”，也是宇宙中最大、最美麗的天體系統之一。

“星系”一詞最初來源于希臘文中的galaxy。以我們所在的銀河系為例，星系是一個包含恒星、氣體的星際物質、宇宙塵和暗物質，并受重力束縛的大質量系統。典型的星系，從包含數千萬顆恒星的矮星系到含有上兆顆恒星的橢圓星系，都圍繞著質量中心運轉。除了單獨的恒星和稀薄的星際物質，多數星系都有數量龐大的多星系統、星團和各種不同的星云（由氣體和塵埃組成的云霧狀天體，最開始，所有在宇宙中的云霧狀天體都被稱作星云）。我們所居住的地球就身處一個巨大的星系--銀河系中，而在銀河系之外，還有上億個像銀河系這樣的被稱為河外星系的“太空巨島”。

天文學家估算，在可觀測到的宇宙中，星系的總數大概超過了1000億個。它們中有些離我們較近，可以清楚地觀測到結構，有些則非常遙遠，最遠的星系甚至離我們有將近150億光年。

星系主要依據它們的視覺形狀來分類。夏天的夜晚，很多時候空中會出現一條白色的“絲帶”，那是銀河。在星系世界中，有很多像銀河一樣的星系，它們外觀呈螺旋結構，核心部分表現為球形隆起，也就是核球。這種核球的外觀是薄薄的盤狀結構，從星系盤的中央向外纏卷著數條長長的旋臂。這樣的星系被稱為旋渦星系。另外一些星系看起來是橢圓形或正圓形，沒有旋渦的結構，被稱為橢圓星系。在旋渦星系和橢圓星系之間，還有一些擁有明亮的核球和圓盤、沒有旋臂、看起來像透鏡的星系，它們被稱作透鏡星系。這三類星系之外，是一些形狀不對稱、無法辨認其核心、看起來甚至碎裂成幾部分的星系，它們被稱為不規則星系。

備注：光度是天體表面單位時間輻射的總能量，也就是天體真正的發光能力。范登伯發現星系旋臂的形態跟其亮度有關，即光度越高，旋臂越長、越舒展；反之，光度越暗，旋臂越不舒展。他據此在哈勃分類的基礎上，增加了光度級作為第二個參量，將不同星系分為5個光度級，即Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ。

通常，星系的大小差異很大。橢圓星系的直徑約在3300光年到49萬光年之間，旋渦星系的直徑在1.6光年到16萬光年之間，而不規則星系的直徑約在6500光年到2.9萬光年之間。拿太陽來類比，星系的質量一般是太陽質量的100萬倍到1兆倍。星系內部的恒星都在運動，星系本身也在自轉。天文學家認為星系自轉時順時針方向和逆時針方向的比率是相同的，但也有一些觀測結果顯示，逆時針旋轉的星系更多一些。

在眾多的河外星系中，只有很少一部分有專門的名字。小麥哲倫星系是以發現者的名字來命名的，獵犬座星系則以所在星座的名稱來命名。除此之外，絕大多數的河外星系都以某個星云、星團表的號數來命名。大尺度上來看，星系的分布是接近均勻的，但從小尺度上來看則很不均勻，如大麥哲倫星系和小麥哲倫星系就組成了雙重星系，而它們又和銀河系組成了三重星系。

星系也有“高低檔”：星系群——星系團——超星系團

天文觀測數據顯示，星系之間的平均距離是200萬光年到300萬光年，但并非所有的星系都以這個平均距離等間隔地分布。事實上，除了少數星系是單獨存在的以外，多數星系都在萬有引力的影響下呈“群居生活”趨勢，從而構成更大的天體系統。

受引力影響，巨大的星系常會聚集在一起，構成星系群或星系團。星系團是比星系更大、更高一級的天體系統，星系在自成獨立系統的同時，也會以一個成員星系的身份參加星系團的活動，就像人類世界中個體的人同時也是家庭、社會的一分子一樣。通常，人們把包含超過100個星系的天體系統叫作星系團，而把包含100個星系以內的天體系統叫星系群。當然，星系團和星系群并沒有本質的區別，它們都是星系以相互的引力關系聚集在一起的，唯一不同的是數量和規模上的差異。具體來說，人類生活其中的銀河系，就屬于一個以它為中心的星系群，叫作本星系群。本星系群包括仙女星系、麥哲倫星系和三角星系等大約40個星系，銀河系和仙女星系是其中最大的兩個星系。距離本星系群最近的一個星系團是室女星系團，它包含了超過2500個星系。

目前，已經觀測到的星系團總數是1萬個以上，離我們最遠的星系團超過了70億光年。一般來講，各個星系團的大小相差不是很大，一般都是1600萬光年上下，而在星系團內部，星系成員之間的距離約是百萬光年或稍多一些。與此不同的是，各星系團中不同類型的星系所占的比例很不一樣。研究發現，橢圓星系所占的比例與星系團的形態密切相關，如果一個星系團中橢圓星系占的比例很大，那么這個星系團的形狀就比較規則和對稱，如果橢圓星系占的比例比較小，該星系團的形狀看起來就會不太規則。

除了星系群和星系團，在浩瀚無邊的宇宙中，還有更高一級的天體系統存在，那就是超星系團。超星系團是巨大的集合體，其中包含星系群、星系團和一些孤單存在的星系，在超星系團尺度上，星系排列成薄片狀和絲狀圍繞著巨大的空洞，如同巨大的蜘蛛網或神經網絡。銀河系所在的本星系群，就是以室女星系團為中心的、包含50個左右星系團和星系群的本超星系團的一個成員。觀測顯示，本超星系團的直徑大約是1～2億光年，其中的所有成員星系都圍繞著本超星系團的中心做公轉運動，銀河系的公轉周期大約是1000億年。

在本質上，超星系團被認為是宇宙中最大的結構，它們可能跨過了數十億光年的空間，超過了可見宇宙的5%。據說，當美國一架飛機發現了一個延伸20億光年空間的特大超星系團時，一位天文學家忍不住驚呼：“宇宙在如此巨大的范圍內還存在一定的結構，真令人拍案叫絕！”當然，也有人在此基礎上設想：既然宇宙的結構分布可以從太陽系、銀河系、星系團到超星系團，仿佛構成了一個又一個的階梯，那么很可能在超星系團之上還有“超”超星系團、“超超”超星系團……不過，這些畢竟都只是猜測，迄今為止，還沒有由超星系團組合成的集團被發現，是否存在比超星系團更大的結構也還在爭辯之中。不過，有一點是天文學家大概可以告訴人們的，那就是，超星系團在宇宙中的數量應該有1000萬個。

“云霧繚繞”的旋渦星系：美麗的仙女座和獵犬座星云

巨大的旋渦星系是宇宙中最優美的天體，它們以跨度10萬光年以上的規模在太空中炫耀那一幅幅海貝般的螺旋圖案，那由燦爛的藍色恒星和氣體塵埃云所鑲嵌包圍著的星系，就像籠罩云霧的巨大旋渦。而作為銀河系所屬的星系類型，旋渦星系的概念最早就來源于對仙女座和獵犬座這些“云霧繚繞”的星云的觀測。

其實，早在人們制定出星座之時，人們就發現在仙女座的位置有一片籠罩著淡淡光暈的“云”。之后，在1758年，法國天文愛好者梅西耶在搜索彗星的天文觀測中，忽然發現了一個在恒星之間沒有位置變化的云霧狀斑塊。隨后，他又發現了很多這樣的斑塊，由于不知道它們到底是什么，他只好將它們詳細記錄下來，并于1781年發表了這些不明天體記錄，史稱梅西耶星表。在這份星表中，梅西耶把位于獵犬座位置的云霧狀斑塊標記為M51（M是梅西耶名字的縮寫字母），位于仙女座位置的斑塊記錄為M31。

在發現獵犬座M51的1773年，梅西耶曾這樣寫道：“這是一個雙星云，每個部分都有一個明亮的核心，兩個核心的‘大氣’相互連接，其中一個比另一個更暗。”當然，在這之后，愛爾蘭天文學家羅斯爵士發現了這個云霧狀星云的更多特征。1845年，羅斯爵士用自制的巨大望遠鏡觀測了這些星云，他不但發現了這些星云呈旋渦形，還發現了獵犬座M51的旋臂結構。據此，羅斯爵士繪制了一份非常細致和精確的素描，而獵犬座M51也被稱為羅斯星云。當然，人們后來意識到這些星云其實屬于星系，而這些“云霧繚繞”、外形呈旋渦形的星系，也開始被稱為旋渦星系。

晴朗的夜空，在一些小鎮、被隔絕的區域、離人口集中區域很遠的地方，只受到輕度光污染的情況下，人們或許可以看到呈橢圓狀小光斑的仙女座星系。通常，肉眼可見的仙女座星系表現為一片微弱的光，而透過高倍望遠鏡可以看到，仙女座星系的螺旋臂向外延伸出一連串的電離氫區，像極了一串珍珠。作為離銀河系最近的星系，仙女座星系被認為是本星系群中最大的一個星系，也是人類肉眼可見的最遠的深空天體。最新觀測數據顯示，仙女座星系距離我們大約250萬光年，質量約是銀河系質量的2.12倍，相當于1.23兆太陽質量，它包含著更多的恒星，與銀河系一道主宰著本星系群。

跟仙女座星系相比，另一個旋渦星系——獵犬座星系顯然離我們更遠。獵犬座星系，即M51，距離銀河系大約1400萬光年，從拍攝的照片來看，它也有明顯的旋臂，正做著旋轉。天文觀測顯示，在獵犬座星系中，有一顆類似于太陽、距離地球26光年的恒星，其周圍的行星看起來具備了一切生命和高級文明能夠發展的先決條件。對此，一些天文學家認為，這些行星上可能存在地外智慧生命。不過，由于獵犬座星系離我們太過遙遠，要弄清其中是否真有智慧生命存在，恐怕還需要一段時間。

空中的巨大鐵餅：扁平圓盤狀的銀河系

“飛流直下三千尺，疑是銀河落九天。”一千多年前李白寫的這句詩，表明人們對銀河的認識由來已久。但是，真正認識到銀河的本質，了解銀河是一個包含我們生活的太陽系的旋渦星系，還是從近代開始的。

實際上，近代天文學家發現銀河系的過程非常漫長。當伽利略首先用望遠鏡觀測銀河之后，人們就知道了銀河是由恒星組成的。到1750年，英國人托馬斯·賴特就提出了銀河和所有的恒星構成一個巨大的扁平狀系統的觀點，這是對銀河外形的首次描述。隨后，德國哲學家康德于1755年指出，恒星和銀河之間可能會組成一個巨大的天體系統。接下來的1785年，英國天文學家威廉·赫歇耳通過恒星計數得出，銀河系中恒星分布的主要部分是一個扁平圓盤狀的結構。他隨后通過望遠鏡用目視方法計數了117600顆恒星，并根據觀測結果首次確認了銀河系為扁平狀圓盤的假說。隨后，美國天文學家沙普利經過4年的觀測，于1918年提出太陽系不在銀河系中心，而是處于銀河系邊緣的觀點。他根據觀測結果細致地研究了銀河系的結構和大小，最終提出了一個銀河系模型，即銀河系是一個透鏡狀的恒星系統，太陽系并不在中心。這個模型后來被證明是正確的，沙普利的觀測為人們進一步認識銀河系奠定了基礎。這之后，天文學家就把以銀河為表現的恒星系統稱為銀河系。

現在我們知道，銀河系是一個由1000～4000多億顆恒星、數千個星團和星云組成的、直徑大約為10萬光年、中心厚度約為1萬光年、包含太陽系的巨大旋渦星系（最新研究結果顯示，銀河系是一個棒旋星系而不僅是一個普通的旋渦星系）。從外形上看，銀河系是一個中間厚、邊緣薄的扁平圓盤狀體，看起來就像是空中的一個巨大鐵餅。從構成方面來講，銀河系大體上由銀盤、核球、銀暈和暗暈4個部分組成。銀盤是銀河系恒星分布的主體，呈扁平圓盤狀，直徑大約是8.2萬光年；核球是銀河系中恒星分布最為密集的區域，大約呈扁球狀；銀暈是一個由稀疏分布的恒星和星際物質組成的區域，大體呈球形地包圍著銀盤；在銀暈之外，還有一個范圍更大的物質分布區被稱為暗暈，也叫作銀冕，但其中的物質究竟是什么，目前還不得而知。

以太陽做參照物，銀河系的質量大約是太陽的1萬億倍，太陽處在與銀河系中心距離大約27700光年的位置，以每秒250千米的速度圍繞銀河系的中心旋轉，旋轉一周大約需要2.2億年。此外，銀河系還有兩個伴星系，分別是大麥哲倫星系和小麥哲倫星系。那么，銀河系的年齡究竟是多大呢？目前的主流觀點認為，銀河系在宇宙大爆炸后不久就誕生了，由此推算，銀河系的年齡不會低于136±8億歲。與之相比，地球生命的存在時間，真是不值得一提。

燃燒的恒星：廣袤銀河中，人類居住在太陽系

你知道地球上所有海灘和沙漠上的總沙粒數是多少嗎？最新科學研究發現，宇宙中恒星的數目大概就是地球上這些沙粒的總數。而地球上所有生命現象所依賴的太陽，就是這廣袤恒星群中的一員。

恒星是由熾熱氣體組成的能自己發光的球狀或類球狀天體。因此，作為銀河系里眾多熾熱氣體星球的一員，太陽看上去并沒有明顯的界限，如同一個燃燒著的大火球。天文觀測和研究顯示，太陽大約是于47.5億年前在一個坍縮的氫分子云內部形成的。而現在，太陽已經是一個直徑大約139萬千米（相當于地球直徑的109倍）、質量大約2×1030千克（相當于地球質量的33萬倍）、約占太陽系總質量99.86%的“大火球”。

在形狀上，太陽接近于理想中的球體，但還稍有一些扁，估計扁率為900萬分之一。此外，太陽本身是白色的，但由于在可見光的頻譜中以黃綠色的部分表現得最為強烈，因此從地球表面觀看時，大氣層的散射就讓它看起來是黃色的，因此它也被非正式地稱為“黃矮星”（矮星，光譜分類中光度級按照由強到弱順序分在第五級的恒星，用羅馬數字Ⅴ表示）。由于一直在燃燒，所以太陽一直在發光。可太陽究竟靠燃燒什么來發光的呢？要知道，太陽1秒鐘燃燒釋放出的能量就相當于燃燒幾百億噸煤所產生的能量，如果它只是一個用普通燃料做成的球體，那么數千年之內它就會燃燒殆盡了。可實際上，太陽已經持續燃燒了數十億年了。這個問題，直到20世紀中葉以后，人們才徹底弄懂。原來，太陽和恒星的能量都來自核能的釋放。從化學組成上來看，太陽質量的約3/4是氫，剩下的幾乎都是氦，當氫在高溫高壓下聚變成氦時，就會釋放出巨大的核能。因此，太陽才能在那么長時間內持續燃燒。

太陽是磁力非常活躍的恒星，它支撐著一個強大、年復一年不斷變化的磁場。太陽磁場會導致很多影響，如太陽表面的太陽黑子、太陽耀斑、太陽風等，這些都被稱為太陽活動。雖然太陽距地球的平均距離是1.5億千米，但太陽活動還是會對地球人的生活造成影響，如擾亂無線電通信等。

以太陽為中心，太陽和它周圍所有受到太陽引力約束的天體構成了一個集合體，這個集合體就是太陽系。目前，太陽系內主要有8顆行星，至少165顆已知的衛星，5顆已經被辨認出來的矮行星和數以千計的太陽系小天體。這些小天體包括小行星、柯伊伯帶的天體、彗星和星際塵埃。依照到太陽的距離，太陽系中的8大行星依次是水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星，其中的6顆行星有天然的衛星環繞著，在太陽系外側的行星還被由塵埃和許多小顆粒構成的行星環環繞著。除了地球之外，在地球上肉眼可見的行星（水星，金星，火星，木星，土星）在中國都以五行為名，其余則與西方一樣，以希臘和羅馬神話故事中的神仙為名。此外，像地球的衛星是月球一樣，太陽系中其他行星也有自己的衛星環繞，如木星的伽利略衛星木衛一（埃歐）、木衛二（歐羅巴）、木衛三（蓋尼米德）、木衛四（卡利斯多）和土星的衛星土衛六（泰坦），以及海王星捕獲的衛星海衛一（特里同）。

萬物生長靠太陽。正是因為有了太陽的熱量和光亮，地球上的一切才生機盎然，人類文明才得以產生并延續。目前的科學技術讓我們對太陽系有了基本了解，相信隨著科學的迅猛發展，未來我們會發現更多關于太陽系的知識，并運用它們更好地為人類自身服務。

大質量恒星最終的“爆死”：超新星爆炸事件

“中平二年（185年）十月癸亥，客星出南門中，大如半筵，五色喜怒，稍小，至后年六月消。”《后漢書·天文志》中的這段話描寫了當時的人們發現夜空中一顆新星出現并照耀八個月之后又消失的事。這顆新星，現在被稱為SN 185，是人類有史以來發現的第一顆超新星。

超新星，是某些大質量恒星在演化接近末期的時候經歷的一種劇烈爆炸，即恒星最終的“爆死”。通常，這種爆炸極其明亮，爆炸過程中突發的電磁輻射常常能夠照亮其所在的整個星系，并持續幾周至幾個月才逐漸衰減變為不可見。在這段時間內，一顆超新星所輻射的能量可以與太陽在其一生中輻射能量的總和相媲美。通過爆炸，恒星會將其大部分甚至所有的物質以高至1/10光速的速度向外拋散，同時向周圍的星際物質輻射激波，這種激波會導致一個由膨脹的氣體和塵埃構成的殼狀結構的形成，這被稱作超新星遺跡。歷史上，人們曾多次觀測到超新星爆炸事件，如中國宋朝周克明等人發現了周伯星（SN 1006）、丹麥天文學家第谷發現了仙后座的超新星、德國天文學家開普勒發現了蛇夫座的超新星等。

通常，恒星從中心開始冷卻，由于沒有足夠的熱量平衡中心的引力，結構上的失衡就會導致整個星體向中心坍縮，從而造成外部冷卻而紅色的層面變熱。此時，如果恒星足夠大，這些層面就會發生劇烈的爆炸，產生超新星。恒星爆發的結果一般有兩種，一是恒星解體為一團向四周膨脹擴散的氣體和塵埃的混合物，最后彌散為星際物質，結束恒星的演化史；二是恒星外層解體為向外膨脹的星云，中心遺留下部分物質坍縮為一顆高密度天體，進入恒星演化的晚期和終了階段。一般認為，質量小于9倍太陽質量的恒星，在經歷引力坍縮的過程后是無法形成超新星的。

根據天文學標準理論，宇宙大爆炸產生了氫和氦，可能還有少量鋰，其他所有元素都是在恒星和超新星中合成的。超新星爆發令它周圍的星際物質充滿了金屬（對天文學家來說，金屬就是比氦重的所有元素）。這些金屬豐富了形成恒星的分子云的元素的構成，所以每一代恒星及行星系的組成成分都有所不同。因此可以說，超新星是宇宙間將恒星核聚變中生成的較重元素重新分布的主要機制，而不同元素的分量對一顆恒星的生命，以至圍繞它的行星的存在性都有很大的影響。此外，膨脹中的超新星遺跡的動能能夠壓縮凝聚附近的分子云，從而啟動一顆恒星的形成。在太陽系附近的一顆超新星爆發中，借助其中半衰期較短的放射性同位素的衰變產物所提供的證據，人們了解到了45億年前太陽系的元素組成。這些證據甚至顯示，太陽系的形成可能是由這顆超新星爆發而啟動的，隨后，由超新星產生的重元素經過了和天文數字一樣長的時間后，這些化學成分最終使地球上生命的誕生成為可能。

距離地球大約100光年以內，爆發的位置非常接近地球以至于能對地球的生物圈產生明顯影響的超新星被稱為近地超新星。超新星對類地行星產生的負面影響主要是γ射線：γ射線能夠在高空大氣層中引起化學反應，將氮分子轉化為氮氧化物，破壞臭氧層，使地球表面暴露于對生物有害的太陽輻射與宇宙射線之下。科學家估算，在跟銀河系一樣大小的星系中，超新星爆發的概率大約是50年一次。科學家還推測，在距離太陽幾百光年的范圍內，確實有幾顆主要的恒星有可能在一千年內成為超新星，如參宿四。不過，大多數人都認為，這些預測中的恒星即使真的爆發，也不會對地球產生任何影響。

河外星系的發現：地球離仙女座星系到底有多遠

通過大望遠鏡，你會看到夜空中有許多像銀河系一樣但不在銀河系范圍內的，由一顆顆恒星組成的天體系統，它們是河外星系。關于河外星系的發現，還要追溯到200多年前。

17世紀，人們陸續發現了一些朦朧的天體，它們被稱為“星云”。這些星云有些是氣體的，有些則被認為像銀河系一樣，是由許許多多的恒星組成的。當時，法國天文學家梅西耶根據自己的觀測制定出了梅西耶星表，將當時觀測到的很多呈旋渦狀的不明天體記錄了下來，其中包括仙女座大星云M31。接下來，從1885年起，人們逐漸在仙女座大星云發現了許多新星，從而推斷出仙女座星云并不是一團通常的、被動地反射光線的塵埃氣體云，而是由許多恒星構成的天體系統。那么，地球離仙女座星云有多遠呢？或者說，這些旋渦星云到底在銀河系之內還是之外呢？

隨后，針對仙女座星云究竟是在銀河系之中還是更遙遠的恒星集團這個問題，學術界分成兩大陣營，展開了激烈的討論。20世紀初期，美國兩大天文學家柯提斯和薛普利就進行了一場爭論。薛普利認為仙女座星云是銀河系內部的天體，柯提斯則認為仙女座星云是銀河系 之外的天體。當時，柯提斯研究了仙女座星云爆發的超新星，發現其亮度非常暗，由此認定仙女座星云離地球的距離非常遙遠。此外，他還測算出了仙女座星云離我們的距離，證明其遠遠大于銀河系的直徑。

直到1924年，關于仙女座星云歸宿的爭論才最終平息。那一年，哈勃用當時世界上最大的望遠鏡在仙女座大星云的邊緣找到了被稱為“量天尺”的造父變星，并利用造父變星的光變周期和光度的對應關系確定出了仙女座星云的準確距離。經計算，仙女座星云距離地球大約90萬光年，而銀河系的直徑只有大約10萬光年。

由此可以斷定，仙女座星云確實身處銀河系之外，是一個像銀河系一樣巨大、獨立的河外星系。當然，仙女座星云的稱呼也應該改為仙女座星系。隨后，哈勃又對其他河外星系進行了觀測，并于1926年發表了對河外星系的形態分類法，史稱哈勃分類或哈勃序列。

哈勃的發現結束了天文學家關于旋渦星云是近距離天體還是銀河系之外的天體系統的爭論，確定了宇宙島嶼的假說。宇宙島是從布魯諾無限宇宙論開始時就存在的一種關于宇宙的假說，他認為如果把宇宙比作海洋，星系就是浩瀚海洋中的一個個島嶼，而除了我們生活的銀河系這個島嶼外，宇宙中還有許許多多像銀河系一樣的島嶼。現在我們知道，確實存在很多這樣的島嶼，它們就是河外星系。

河外星系，簡稱星系，是位于銀河系以外由幾十億至幾千億顆恒星、星云和星際物質組成的天體系統。目前已經發現的河外星系達到10億個，探索距離達到了360億光年，其中最著名的河外星系有仙女座河外星系、獵犬座河外星系、大麥哲倫星系、小麥哲倫星系和室女座河外星系等。其中，大麥哲倫星系距離我們16萬光年，小麥哲倫星系距離我們19萬光年，它們是銀河系的附屬星系，在南半球才能看到。