十亿岛巡天遥测星星离我们有多远海量岛宇宙距离测算方法

M31（仙女星系）的视星等是4等左右。全天亮于20等的河外星系约有2 000万个，平均说来在满月那么大小的一块天空上就有100来个。若从最亮的星系开始，一直观测到目前最大的望远镜力所能及的最暗星系（可暗于26等），则总数可达数百亿、甚至上千亿个。然而，我们如何得知这数以亿计的岛宇宙的距离呢？

到20世纪初为止，人们对这些云雾状天体的距离还一无所知。1912年，勒维特发现了小麦云中造父变星的周光关系后，人类才确切地认识了第一个河外星系。

1917年，美国天文学家里奇（George Willis Ritchey，1864～1945年）从在威尔逊山天文台所拍摄的一张星云照片中发现了一颗新星。这个星云名叫NGC 6949，NGC是1888～1910年出版的《星云星团新总表》（New General Catalogue）的简称，NGC 6949则是该表中编号为6949的天体。同年，另一位美国天文学家柯蒂斯（Heber Doust Curtis，1872～1942年）也在仙女座大星云里，以及在其他类似的“星云”中发现了新星。到了1918年，柯蒂斯在仙女座大星云里发现的新星已经很多，这使他认为必须当真将这个“星云”看作十分遥远而巨大的恒星系统了。这是因为新星在天空中本是罕见的。除非仙女座大星云包含着极其众多的恒星，否则是不会在其中涌现出那么多新星的。可是，这块星云看上去那么暗，那么小，所以它必定远得出奇。所有这些新星的视亮度都比我们偶然见到的普通新星暗得多，这又为它们距离遥远增添了一个佐证。柯蒂斯由此估计，仙女座大星云同我们的距离大约是500 000光年。

1918年末，地处美国加利福尼亚州的威尔逊山天文台上落成一架新的望远镜，它的反射镜口径达2.54米。在30年之内，它一直是天文望远镜之王。直到1948年，其冠军宝座才让位于那时刚落成的帕洛玛山口径5.08米的反射望远镜。美国天文学家哈勃（Edwin Powell Hubble，1889～1953年，图52）经过几年不辞辛苦的努力，终于在1923～1924年间使用上述2.54米反射望远镜，在M31的边缘部分分解出大量暗弱的单个恒星，从而直接证明了M31果真是一个遥远的星系。

1942年，第二次世界大战期间，美籍德国天文学家巴德（Walter Baade，1893～1960年）利用洛杉矶市实行战时灯火管制，从而使威尔逊山附近的夜空分外黑暗的好机会，也是使用威尔逊山的2.54米反射望远镜（图53），首先成功地分辨出M31内部区域的单颗恒星。

我们必须在M31中找到“量天尺”——造父变星，才能知道它的确切距离。1924年，哈勃做到了这一点。他利用周光关系，对M31中的造父变星与小麦云中的造父变星进行比较，断定前者要比后者远5倍以上，当时认为小麦云离我们约160 000光年，于是M31与我们相距应达800 000光年以上。

图52　20世纪最杰出的天文学家哈勃，他被人们尊称为“星系天文学之父”

图53　美国威尔逊山天文台口径2.54米的反射望远镜

可是1/4个世纪以后，巴德弄清了M31的实际距离比这还要远。由于在相当长一段时间内，人们并不懂得有第一类造父变星和第二类造父变星的差异，所以，当初哈勃是将M31中的第一类造父变星与小麦云中的第二类造父变星不加区别地进行比较的。考虑到这一点（以及一些别的因素）后，重新确定的M31的距离是2 200 000光年。

造父变星是测定一切河外星系距离的出发点。只要在某一个河外星系中发现了一颗造父变星，我们便立即可以获悉它的距离。然而，有那么多的星系是如此遥远，以至于用世界上最大的天文望远镜也无法看到它里面的最亮的造父变星，这时又该如何处置呢？

正如三角视差法和分光视差法各有自己的“势力范围”一样，造父视差法也有自己的极限。当星系的距离远到约5000万光年时，我们就必须采用一些更间接的方法，来测量它们的距离了。

宇宙中的星系有明显的“抱团”倾向，星系团就是由十几个、几十个乃至成千上万个星系群居在一起组成的集团。星系团之由星系组成，宛如星团之由恒星组成一般。星系团中的每一个星系都称为该星系团的成员星系，诸成员星系之间有着力学上的联系（通常就是各成员星系间的万有引力）。目前已发现的星系团为数可以万计，大多数星系都是各种星系团的成员。

成员星系数目在100以下的、较小的星系团，通常又称为“星系群”。本星系群就是我们银河系身处其中的这个星系群，它由银河系、仙女星系等数十个大小不等的星系组成。就像光度和质量大的恒星叫巨星、光度和质量小的恒星叫矮星那样，光度和质量大的星系叫巨星系，光度和质量小的便叫矮星系。又好比恒星有双星、三合星……那样，星系也有双重星系、三重星系等等类似的名称。本星系群的几十个成员中有两个是巨星系，它们便是银河系和仙女星系M31。它们各与一些离它们较近的较小星系聚集成银河系“次群”和仙女星系“次群”，我们可以这样概括地来表示它们的组合情况：(www.xing528.com)

图54　银河系的近邻——本星系群的部分成员

图中数码代表：1.天龙星系　2.小熊星系　3.大熊星系　4.六分仪C　5.狮子Ⅰ　6.狮子Ⅱ　7.飞马星系　8.玉夫星系　9.天炉星系　10.NGC 221　11.NGC 205　12.NGC 185　13.NGC 147

图54是本星系群部分成员的分布示意图。表5列出本星系群之外某些较亮星系的概况，其中也包括它们的距离。

表5　一些较亮星系的概况（不包括本星系群的星系）*

*资料来源参见http：//vizier.cfa.harvard.edu/viz-bin/VizieR？-source=J/AJ/145/101。
**视向速度为“+”表示运动方向是离我们而去，“-”表示向我们而来，事实上，除了本星系群中的一些星系正在朝向我们运动而外，较远的星系几乎都在离开我们，而且总的说来，越远的星系退行得越快。详见“耐人寻味的红移”一节。

在本星系群以外，离我们最近的那个星系团位于室女座内，故称室女星系团。它与我们相距6 000万光年，其成员星系多达2 500个以上。

有些大的星系团，例如著名的后发星系团，可以有上千个比较明亮的成员。后发星系团位于后发座方向，距离我们约350 000 000光年，它的直径达800万光年左右，包含的星系总数可能超过10 000个。那儿的星系比较密集，各星系间的平均距离大约只有300 000光年，而银河系附近星系的平均距离则差不多为3 000 000光年。

有趣的是，若干星系团又会聚集成更高一级的集团，称为“超星系团”，或者称为“二级星系团”。本星系群同附近50个以上的星系群和星系团构成的超星系团称为“本超星系团”，其中也包括上面所说的室女星系团。超星系团的外形往往是扁长的，本超星系团的长径大约是1亿～2亿光年。

很自然地，人们会想到：超星系团是否还会进一步聚集形成更高级的“三级”、“四级”星系团呢？这种想法很吸引人，不过目前的天文观测资料并未显示出这样的迹象。

下面，继续向大家介绍，天文学家怎样量出了更遥远星系的距离。