引言

人类真正开始对星系进行科学研究是在20世纪20年代，那时，人们首次意识到，透过望远镜看到的许多模糊光斑，其实是太空中大量恒星组成的、远在银河系之外的宇宙岛。如果没有望远镜，人类永远不可能探索银河系以外的宇宙，当然也不可能洞悉河外星系的基本特征。事实上，望远镜是在历经了近400年的技术发展之后，才精良到足以让人一点点看清星系的真面目。

据说，第一个使用望远镜观察夜空的人是伦纳德·迪格斯（Leonard Digges）。他是一位数学家、勘测员，毕业于牛津大学。1551年前后，伦纳德发明了经纬仪。考虑到经纬仪对他的工作太重要，对望远镜（本质上就是朝向天空的经纬仪）的这种用法他一直守口如瓶。但伦纳德写了一本书，该书算是第一批科普英文读物之一，书中包含了托勒密地心说的宇宙模型。伦纳德死于1559年，他的儿子托马斯·迪格斯（Thomas Digges）继承了父亲的事业。托马斯出生于16世纪40年代，后来成为一名数学家，并于1571年整理出版了父亲的一本遗著，书中首次披露了望远镜这一秘密。托马斯也从事天文观测，并于1576年出版了他父亲第一本著作的修订扩充版，书中首次用英文介绍了哥白尼日心说的宇宙模型。

在那本名为《永恒的预言》（Prognostication Everlasting）的书中，托马斯声称宇宙是无限的，并附了一幅插图。图中，被行星环绕的太阳端坐在向四面八方无限延伸的恒星阵列的中心。我们知道托马斯至少有一架望远镜，因此可以合理地推断，他完全有可能用望远镜观察到了天空中那条神秘的光带，并发现银河系是由数不清的恒星组成的。

迪格斯父子的故事可能会让人感到有些不可思议，因为人们通常认为第一个使用天文望远镜的是伽利略·伽利雷（Galileo Galilei），并确信17世纪头十年，伽利略率先在望远镜中观察到银河系是由大量恒星组成的。事实上，望远镜在欧洲西北部被不同的人独立发明了好几次，直到1609年才从荷兰传到意大利。据说，伽利略制造了好几架望远镜。不过，带有传奇色彩的是，伽利略仅凭别人对望远镜工作原理的描述，就成功制作了属于他的第一架望远镜，并且马上就将镜筒对准了天空。伽利略将自己的发现记录在1610年出版的《星际使者》（Sidereus Nuncius，英文名为The Starry Messenger）一书中。这使伽利略声名鹊起，他也因此被误认为是第一个使用望远镜的天文学家。像之前的托马斯샀迪格斯一样，伽利略无疑也确实观察到了银河系是由无数恒星组成的。

下一个有关我们在宇宙中所处位置的成就，是由英国仪器制造商、哲学家托马斯샀赖特（Thomas Wright）在18世纪中叶取得的。但是，就像迪格斯父子一样，他的贡献也基本上被人遗忘了。众所周知，银河系看上去就像一条横贯夜空的光带。然而，在1750年出版的《宇宙的原始理论或新假说》（An Original Theory or New Hypothesis of the Universe）一书中，赖特指出，银河系是由一片平铺的恒星组成的，并将其形状比作磨坊里的磨盘。更令人印象深刻的是，赖特意识到太阳并不位于这个圆盘的中心，而是偏向一边。尽管赖特未能实现想象的飞跃，进一步说明星云可能就是与银河系相似的恒星系统，但赖特的确提到，通过望远镜看到的模糊光斑，也就是云状的星云，可能位于银河系之外。另一位哲学家伊曼努尔·康德（Immanuel Kant）基于赖特的观点，又向前迈出了一大步。康德指出，星云很可能是像银河系一样的“宇宙岛”。但这个想法在当时并没有得到人们足够的重视。

随着望远镜的改进，新发现并编入目录的星云越来越多。精心编制星云目录的原因之一是彗星热。18世纪末和19世纪初，天文学家曾热衷于搜寻彗星。然而星云和彗星看上去都是模糊的光斑，不仔细辨别很容易混淆。因此有些人，比如18世纪80年代的查尔斯·梅西耶（Charles Messier）和1802年完成了一个目录编制的威廉·赫歇尔（William Herschel），都试图通过编制目录标定星云的位置，以免发生混淆。赫歇尔的目录涵盖了2500个星云，现在已知其中大部分是星系。在接下来的20年里，赫歇尔曾试图弄清楚星云是由什么构成的。但即使动用当时最大的、口径达48英寸（约1.2米）的望远镜，也无法将这些模糊的光斑分解成恒星。直到1822年去世时，赫歇尔仍坚信星云是银河系中弥散的物质云。

下一个观测成就是由第三代罗斯伯爵威廉·帕森斯（William Parsons）取得的。19世纪40年代，帕森斯建造了一架口径为72英寸（约1.8米）的巨型望远镜，并借此发现许多星云都具有旋涡结构，看起来就像是一杯黑咖啡里搅出来的奶油图案。在接下来的几十年里，一些星云被确定为银河系内发光的气体云，另一些星云则被认证为星团。尽管星团的规模比银河系小得多，但明显与银河系存在关联。旋涡星云则与这两种类型天体的特征都不相符。19世纪下半叶，天文摄影技术的发展使人们能更便捷地研究旋涡星云，但当时拍摄的照片并不足以揭示旋涡星云的本质。

20世纪初，绝大多数天文学家都认为，旋涡星云是恒星形成过程中围绕恒星旋转的物质云，就像形成太阳系的物质云一样。但此后的20年间，支持宇宙岛观点的人越来越多，这促使美国国家科学院（National Academy of Sciences）就这一议题主办了一场辩论会。当时，来自美国加利福尼亚州威尔逊山天文台的哈罗샀沙普利（Harlow Shapley）代表反对宇宙岛观点的多数派；美国加利福尼亚州利克天文台（Lick Observatory）的赫伯샀柯蒂斯（Heber Curtis）则代表认同该观点的少数派。这场于1920年4月26日举行的辩论会被天文学家称为“大辩论”（The Great Debate）。虽然没能决出胜负，但这场大辩论标志着关于星系的现代科学研究的开端。