作者：赵洋

人们常说“天上的星星数不清”。其实，作为恒星的集合系统，星系的数量也是个庞大的天文数字。在哈勃太空望远镜拍摄的一张视场仅相当于月球直径三分之一的深空照片里，竟然可以分辨出1500个河外星系。在可以观测到的宇宙中，星系的总数可能超过两千亿（2X1011）个。这么多的星系，形状当然是各有千秋。1926年，哈勃在分析大量星系形态的基础上，提出了后来被称为“哈勃分类”的星系分类法，并一直沿用至今。具体内容如下：

或许因为虫洞有理论基础，所以身为天文学家的卡尔·萨根在科幻小说《接触》（后被改编为同名科幻电影）中，让女天文学家艾琳娜经过虫洞与位于遥远星球的外星人会面。艾琳娜的飞船进入虫洞，再从另一侧的出口飞出，原来充塞着陨石与有毒气体的星际空间，变得像仙境一样美丽，展现在她面前的是笼罩着星云的星系核心。

为“沙普利—柯蒂斯大论争”下达“终审判决”的是一个从法律专业转行天文的年轻人，他叫埃德温·哈勃。哈勃1889年出生于密苏里州，他擅长体育，少年时曾刷新该州跳高纪录。在芝加哥大学读本科期间，哈勃受天文学家海耳启发，开始对天文学产生兴趣。后来他到牛津大学攻读法律硕士学位，之后开业当了律师。但星空总在召唤着他，一年后，他就投奔叶凯士天文台攻读天文学博士学位。毕业后，他进入海耳创建的威尔逊山天文台，致力于旋涡星云的观测与研究。

“旅行者”号只有区区800千克，能够支持庞大的生态系统和巨量人口的世代飞船得比这大许多倍才行。刘慈欣在小说《流浪地球》中，曾设想人类将整个地球推出太阳系以逃避天灾。如果目的地在银河系之外，仅仅把一颗行星变成飞船是不够的。远离恒星的行星大气与水体将很快冻结，行星上的资源和能源也难以支持长途旅行。这时，就需要太阳陪我们一起“流浪”了。

银河系之外的流浪恒星就更多了。1997年，通过分析哈勃太空望远镜传回的图像，天文学家发现，室女座星系团中存在着游离于星系之外的恒星。它们被称为“星系际恒星”，数量有上百万颗之多。据推测，这些流浪的恒星是在两个或多个星系碰撞的过程中被抛入星系引力范围之外的。一在20世纪90年代末，天文学家发现天炉座星系团中也有一个星系际恒星的集团。也许未来的智慧生物能够追随这些高速飞出的恒星，借用它的光和热，就像大航海时代的微生物随木帆船前往新大陆一样。从这个意义上说，这已经不是让太阳陪我们“流浪”，而是我们随着太阳迁徙了。

迄今为止，科学家还没有观察到虫洞存在的证据。但这种形式的空间旅行在物理学上是可以实现的。科学家还希望制造出虫洞，用以空间旅行。制造虫洞需要聚集足够的能量以撕裂时空。目前有两种方法可以在瞬间聚集大量能量：一种是向一个点发射多束强力激光；一种是利用粒子加速器，让两束高能粒子迎头相撞。目前的粒子加速器可以达到每米2000亿电子伏的加速能力。在这个基础上，要在空间中凭空制造出一个虫洞，需要长达10光年的加速距离。以人类目前的水平来看，制造虫洞简直就是天方夜谭。但随着科技的发展，人类或许有一天真能造出可以驾驭的虫洞，将飞船和宇航员送往宇宙中的任何地方。

1924年底，美国天文学会会议正式公布了哈勃的这一发现。虽然哈勃本人并未出席这次会议，但当他的论文被宣读完毕，在场的所有天文学家都意识到沙普利和柯蒂斯关于“宇宙岛”的争论就此可以终结了。

科幻电影《星球大战》片头字幕指出故事发生“在很久以前的一个遥远的银河系”，有人认为这暗指仙女座星系。在1968年播出的《星际迷航》系列剧和英剧《神秘博士》中，都有来自仙女座星系的外星人。

1988年，有天文学家在《自然》杂志发表论文，提出星系中心的大质量黑洞产生的潮汐力会将恒星高速抛出的理论。2005年，这样的恒星真的被发现了。流浪恒星以超过银河系逃逸速度（大约每秒120千米以上）的超高速度朝若星系际空间的方向运动。据估算，银河系核心的超大质量黑洞平均每十万年发射出一颗高速恒星。截至2010年，人类已经发现了16颗超高速恒星。

流浪太阳的航程依然太久。飞往河外星系的最快的方法莫过于利用超空间了。虽然“基地”系列小说中人类无法踏出银河系，但阿西莫夫在早期的短篇小说《死胡同》里曾提到人类有可能通过“超空间”跃迁至河外星系。在科幻系列剧《星际之门》里，“星际之门”就是一种虫洞，各种族的智慧生命利用它才可能跨越星系之间的巨大鸿沟。

由于银河系和最近的星系之间的距离都无比遥远，这样的旅行需要的技术远远超过恒星际旅行。星系之间的距离是恒星间距的大约一百万倍。在人的有限寿命里进行星系间旅行，远远超出了人类目前的科技能力。因此，只有科幻作品才会触碰这样的话题。

虫洞，又称“爱因斯坦-罗森桥”，是宇宙中可能存在的连接两个不同空间位置的狭窄隧道。这个名字是怎么来的呢？把宇宙想象为一个苹果，各个星球、星系分布在苹果的表面，光线与飞船沿着苹果表面穿行。如果在苹果上有一个虫洞，那么虫洞的两个开口之间可以通过这个短程通道往来。1916年，奥地利物理学家路德维希·弗菜姆首次提出了虫洞的概念。20世纪30年代，爱因斯坦和罗森在研究引力场方程时假设，通过虫洞可以做瞬时的空间转移。“爱因斯坦-罗森桥”甶此得名。

如果飞船速度不够高，无法在一代人的有生之年里跨越百万光年，则要么使用冬眠技术将船员冷冻起来；要么建成世代飞船，依靠自循环生态系统繁衍生息，将航行的使命代代相传。在漫漫长途中，飞船依靠惯性滑行，逐渐接近目标。而这样的旅行时间将极其漫长，以目前速度最快的人造物体“旅行者”号探测器为例，即使保持每年5.2亿千米的平均速度飞行，也要花327亿年的时间才能飞到仙女座星系。用这么长的时间飞到那里其实毫无意义，这段航程比宇宙现今的年龄还要长。根据目前星系相对运动趋势估算，仙女座星系在60亿年后就要与银河系发生碰撞了。就算它不与银河系发生碰撞，300亿年后它也会从旋涡星系演变为椭圆星系，里面只剩下黯淡的矮恒星，成为一个面目全非的苍老星系。

为了解决这两种在宇宙尺度上的矛盾说法，1920年4月，美国国家科学院在华盛顿召开了“宇宙的尺度”辩论会。会上，沙普利和柯蒂斯两人就银河系的大小和旋涡星云与银河系的位置关系展开了论战。这就是天文学史上有名的“沙普利—柯蒂斯大论争”。二人分别就各自的观点进行了半个小时的阐述。由于柯蒂斯的口才更好，当时多数人认为他在这场争论中略占上风，但辩论的双方都无法彻底说服对方。

鉴于哈勃为20世纪天文学的进步做出的巨大贡献，他被世人尊为一代天文宗师。在他丰硕的成果中，有两项最为重要的贡献：一是确认星系是与银河系相当的恒星系统，开创了星系天文学，建立了大尺度宇宙结构的新概念；二是发现星系的红移—距离关系，催生了现代宇宙学。为了纪念这位伟大的天文学家，人类第一台太空望远镜就以哈勃的名字命名。

阿西莫夫的“基地”系列小说虽然设想万年后人类已经拓殖银河系里的两千万颗行星，但仍难以迈出这个“大摇篮”。《基地与地球》里就曾提及，从来没有人类穿越过麦哲伦星云，也没有人类到过仙女座星系或其他更远的地方。

已知最大的单一星系室女A星系（M87或NGC4486）就是椭圆星系。估计在M87核心10万光年的范围内，聚集的物质质量相当于2.6万亿个太阳。该星系中心的超大质量黑洞相当于30亿至64亿个太阳质量，在黑洞中也属于巨无霸。

哈勃的发现，给持续多年的关于旋涡星云是银河系内天体还是银河系外的“宇宙岛”的争论画上了一个圆满的句号。所谓“宇宙岛”，就是将宇宙视为大海，银河系和其他类似天体系统则视为大海中的岛屿。16世纪末，意大利思想家布鲁诺推测恒星都是距我们极其遥远的太阳，进而提出关于恒星世界结构的猜想。18世纪，人们在夜晚的天空中发现了边缘模糊的天体，最初称为星云。旋涡星云成为最早的研究对象。赖特和康德曾提出，旋涡星云可能是同我们银河系—样的恒星系统。

20世纪初，美国著名天文学家沙普利通过研究球状星团，对银河系结构和尺度的推算做出了重大突破。但他一直反对“宇宙岛”的说法，认为这些旋涡星云应该是银河系内的气体星云。而以柯蒂斯为代表另一派天文学家则不同意沙普利的看法。柯蒂斯的证据，是他发现有些星云里的新星极其暗弱，说明距离十分遥远，不像是银河系内的天体。他的另一个证据是，在仙女座星云中发现的新星数皇比银河系其他部分新星的总和还要多。他质疑道：“为何在这个小范围的部分区域中，新星会比银河系其他的部分更多？”由此，他推断仙女座星云是一个独立的星系。

椭圆形系：外形呈圆球形或棚球形，中心区最亮，边缘渐暗。同一类型的河外星系，质量差别很大，有巨型和矮型之分，其中以椭圆星系的质星差别最大。质量最小的矮椭圆星系和银河系内的球状星团相当，而质量最大的超巨型椭圆星系则可能是宇宙中最大的恒星系统，质量约为太阳的干万倍到百万亿倍。

或许是距离太过遥远，不易令读者/观众的感同身受，涉及河外星系的科幻作品少之又少。在阿瑟·克拉克的《与拉玛相会》中，拉玛飞船的航迹指向大麦哲伦星系，它穿越太阳系的目的只是为了利用太阳能和引力场加速。而仙女座星系因为其在北半球肉眼可见的特性，在科幻作品中获得了较高的出镜频率。

对寿命有限的生物体来说，要不是利用高速飞船的相对论效应，实在很难活着逾越星系之间的浩渺空间。如果未来的飞船能够接近光速，甶于时间膨胀效应，飞船上的时间流逝会变得缓慢许多。只要飞船速度足够快，在乘员的有生之年里，甚至可以穿越整个宇宙。科幻小说《宇宙过河卒》中的飞船装备了巴萨德冲压发动机，就这样以近光速飞行，在很短的时间内穿越了直径上百亿光年的可观测宇宙。

早期的小型望远镜拍摄出的星云照片模糊不清，难以从中分辨出细节，而大口径望远镜则可以做到这一点。威尔逊山天文台有当时世界上最大口径的2.54米反射望远镜。1923-1924年，哈勃用这台望远镜拍摄了仙女座大星云和三角座旋涡星云的照片，并从这些星云暗淡的边缘解析出一颗颗独立的恒星。哈勃发现，这些恒星有不少都是造父变星。通过分析这些造父变星的亮度变化，哈勃根据周光关系（指造父变星具有的光变周期和绝对星等之间的关系），确定这些造父变星和它们所在的星云距离地球大约九十万光年，远超银河系的直径，因此断定它们一定位于银河系外。

旋涡星系：1845年，英国天文学家罗斯观测猎犬座M51星云时发现它具有旋涡形状，这是人类最早发现的旋涡星系。旋涡星系的中心区像一块凸透镜，周围围绕着扁平的圆盘。从隆起的核球两端延伸出若干条螺线形的旋臂。旋涡星系可以分正常旋涡星系和棒旋星系两种，银河系就是一个棒旋星系；著名的仙女座星系则是正常旋涡星系。

整整九十年前，1924年2月的第一个星期，美国天文学家哈勃给仙女座星云里的一颗亮星拍摄了一系列照片。照片显示这颗星的光度在迅速增大，这是一颗造父变星。哈勃计算出这颗星及其所在的星云距离地球达90万光年，远超过银河系的直径。仙女座星云其实是银河系外巨大的天体系统——河外星系。人类对宇宙大小的认识再次被拓宽了。

1925年，哈勃又用造父变星测距法测定了人马座星云NGC6822与我们的距离，证实该旋涡星云其实也是一个河外星系。多年来，天文学家们关于旋涡星云是近距天体还是银河系之外的宇宙岛的争论彻底结束，人类认识的宇宙的尺度从一个宇宙岛（银河系）一下子扩大到无数个宇宙岛（河外星系），从而揭开了探索宇宙结构的新篇章。

“宇宙岛”这个名词最早出现在德国博物学家洪堡1850年出版的著作《宇宙》第三卷中。因为它形象地表达了星系在宇宙中的分布状况，后来被世人广泛采用。“恒星宇宙”和“恒星岛”等名称都是“宇宙岛”的同义语。宇宙岛假说的渊源则更早。1755年，德国哲学家康德在《自然通史和天体论》一书中发展了赖特的思想，明确提出“广大无边的宇宙”之中有“数星无限的世界和星系”。这一思想就是著名的“宇宙岛假说”。这个认识与今人对宇宙的认识十分接近。但当时人们把河内星云（即银河内星云）和河外星云（即河外星系）都当做星系，而且对银河系本身的大小和形状也缺乏正确的认识，因此，宇宙岛假说在随后的170年时间里几经沉浮，并未获得天文学家的公认。

不规则星系：不规则星系的外形不规则，没有明显的星系核和旋臂，没有盘状对称结构或者看不出有旋转对称性。在全天最亮的星系中，不规则星系只占5%。最著名的不规则星系要数位于南天夜空中的大小麦哲伦云。它们早在远古时代就为南半球的原住民所熟知。大麦哲伦云最早的记录出现在公元964年波斯天文学著作《恒星之书》中，被称为“在南方阿拉伯的白牛”。在欧洲，麦哲伦星云于15世纪末首次被意大利人观察到。随后为纪念麦哲伦船队1515年至1522年环游世界的壮举，这两个星云被冠以“麦哲伦”之名。大麦哲伦云和小麦哲伦云，在天空中相隔21度，肉眼看去仿佛是被银河分开的两个片段。实际二者相距7.5万光年。它们是最靠近银河系的星系之一。据推测，小麦哲伦星系原本是棒旋星系，因为受到银河系的扰动才成为不规则星系，但在核心仍残留着棒状的结构。1987年在大麦哲伦云中发现的超新星（SN1987A），是过去三个世纪中最明亮的超新星。