旋渦星系
整個20世紀30年代,天文學家都在努力解決關(guān)于這些星系的
一些令人煩惱的問題.一則是,根據(jù)他們假設(shè)的這些星系的距離,
這些星系顯然都比我們的銀河系小得多.這似乎是一個奇怪的巧
合：我們正好居住在一個最大的星系中.二則是,仙女座星系周
圍的球狀星團的亮度似乎只有我們銀河系中球狀星團的1/2或1/3.
（仙女座星系的球狀星團幾乎和我們銀河系一樣多,并且它們圍
繞著仙女座星系的中心排列成球形.這個發(fā)現(xiàn)似乎證明,沙普利
關(guān)于我們銀河系的球狀星團呈球形排列的假設(shè)是合理的.有些星
系球狀星團多得驚人,例如在室女座里的M-87星系,至少擁有10
00個.）
最嚴重的問題是；這些星系的距離似乎表明宇宙的年齡只有
20億年（理由我將在本章后面討論）.這是令人費解的,因為地
質(zhì)學家認為地球本身的年齡大于20億年；而且他們所利用的證據(jù)
被認為是最可靠的.
第二次世界大戰(zhàn)期間,這個問題才開始有了答案.當時一位
在德國出生的美國天文學家巴德發(fā)現(xiàn),以前用來測量星系距離的
尺度是錯誤的.
1942年,巴德利用戰(zhàn)時洛杉磯燈火管制的機會,在夜空清澈
的威爾遜山上,使用254厘米（100英寸）望遠鏡,對仙女座星系
進行了仔細研究.由于能見度增高,使他能夠分辨出仙女座星系
內(nèi)部區(qū)域的一些恒星.他馬上注意到,這些恒星與這個星系的外
圍恒星有顯著的差異.在內(nèi)部最亮的恒星帶紅色,而在外圍最亮
的恒星則帶藍色.而且,內(nèi)部的紅巨星遠不如外圍的藍巨星亮：
后者的亮度有我們太陽的10萬倍,而前者只有1000倍.最后,在
仙女座星系的外圍發(fā)現(xiàn)明亮的藍星的地方,布滿了塵埃；而在內(nèi)
部,盡管是一些不太明亮的紅星,卻沒有塵埃.
巴德認為,那里好像有兩類具有不同結(jié)構(gòu)和歷史的恒星.他
把外圍帶藍色的恒星叫做星族Ⅰ,而把內(nèi)部帶紅色的恒星叫做星
族Ⅱ.后來證明,星族Ⅰ的恒星比較年輕,金屬含量高,在星系
的中間平面上沿著近乎圓形的軌道繞星系中心運行.星族Ⅱ的恒
星則比較老,金屬含量低,軌道呈明顯的橢圓形,而且與星系的
中間平面有相當大的傾角.后來,這兩個星族又被細分為更多的
次群.
戰(zhàn)后,由美國天文學家海耳監(jiān)制的新508厘米（200英寸）海
耳望遠鏡在帕洛馬山上落成,巴德繼續(xù)進行他的研究.他發(fā)現(xiàn),
這兩個星族在分布上有一定的規(guī)律性,而這些規(guī)律是由有關(guān)星系
的性質(zhì)決定的.有一類星系叫做橢圓星系（呈橢圓形狀,而且具
有較均勻的內(nèi)部結(jié)構(gòu)）,這類星系顯然主要是由星族Ⅱ的恒星組
成的,如同任何星系中的球狀星團那樣.另一類叫做旋渦星系（
具有旋臂,看上去就像一個玩具風車）,它的旋臂是由星族Ⅰ的
恒星組成的,相對于星族Ⅱ背景.
圖：左圖是星系M83,一個典型的旋渦星系.右圖是橢圓星系M87.
據(jù)估計,宇宙中只有大約2%的恒星屬于星族Ⅰ類.但是我們
的太陽和我們附近的一些熟悉的恒星都屬于這一類.僅根據(jù)這一
事實,我們就可以推斷,我們的銀河系是一個旋渦星系,而我們
位于它的一個旋臂上.（因為銀河系的旋臂聚集著塵埃,因此在
我們的附近有許多或明或暗的塵埃云.）從照片上可以看出,仙
女座星系也是旋渦星系.
現(xiàn)在再來談尺度.巴德開始把在球狀星團（星族Ⅱ）中發(fā)現(xiàn)
的造父變星和在我們這一旋臂（星族Ⅰ）上發(fā)現(xiàn)的造父變星加以
比較.結(jié)果表明,就周期和光度之間的關(guān)系來說,兩個星族里的
造父變星確實屬于兩種不同的類型.星族Ⅱ的造父變星遵循勒維
特和沙普利建立的周期－光度曲線.利用這一尺度,沙普利相當
準確地測量了球狀星團的距離和我們銀河系的大小.但是,現(xiàn)在
發(fā)現(xiàn),星族Ⅰ的造父變星是一種完全不同的尺度!一顆星族Ⅰ的
造父變星的光度是一顆周期相同的星族Ⅱ的造父變星的4倍或5倍.
因此,使用勒維特的尺度,根據(jù)一顆星族Ⅱ造父變星的周期,來
計算它的絕對星等,就會得出錯誤的結(jié)果.絕對星等錯了,距離
的計算也一定是錯的：這顆恒星實際上要比計算出來的距離遠得
多.哈勃曾利用仙女座星系外圍（星族Ⅰ）的造父變星來推估仙
女座星系的距離,當時只有這些造父變星能夠辨認出來.現(xiàn)在,
利用修正了的尺度,測出這個星系距離我們大約250萬光年,而
不是不到100萬光年.其他星系也按比例向外推移.（但是,仙
女座星系仍然是我們的一個近鄰,星系間的平均距離估計約為20
00萬光年.）
就這么一修正,已知宇宙的范圍就擴大了一倍多,30年代困
擾的問題也迎刃而解了.我們的銀河系不再是最大的了,例如,
仙女座星系就肯定比我們的銀河系大.再者,現(xiàn)在看來,仙女座仙女座
星系的球狀星團同我們銀河系的一樣亮；以前只是因為距離計算
錯了而覺得它們比較暗.最后,新的距離標準可以使宇宙的年齡
劇增,從而使宇宙的年齡能和地質(zhì)學家所估計的地球的年齡一致
起來了.（
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