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幾顆行星，還有巨大數目的類似太陽、但離開我們遠得多的恆星。事實上，當地球繞著太陽公轉時，某些固定的恆星相互之間的位置確實起了非常微小的變化——它們不是真正固定不動的2這是因為它們距離我們相對靠近一些。當地球繞著太陽公轉時，相對於更遠處的恆星的背景，我們從不同的位置觀測它們。這是幸運的，因為它使我們能直接測量這些恆星離開我們的距離，它們離我們越近，就顯得移動得越多。最近的恆星叫做普羅希馬半人馬座，它離我們大約4光年那麼遠（從它發出的光大約花4年才能到達地球），也就是大約23萬億英哩的距離。大部分其他可用肉眼看到的恆星離開我們的距離均在幾百光年之內。與之相比，我們太陽僅僅在8光分那麼遠！可見的恆星散佈在整個夜空，但是特別集中在一條稱為銀河的帶上。遠在公元1750年，就有些天文學家建議，如果大部分可見的恆星處在一個單獨的碟狀的結構中，則銀河的外觀可以得到解釋。碟狀結構的一個例子，便是今天我們叫做螺旋星系的東西。只有在幾十年之後，天文學家威廉·赫歇爾爵士才非常精心地對大量的恆星的位置和距離進行編目分類，從而證實了自己的觀念。即便如此，這個思想在本世紀初才完全被人們接受。

1924年，我們現代的宇宙圖象才被奠定。那是因為美國天文學家埃得溫·哈勃證明了，我們的星系不是唯一的星系。事實上，還存在許多其他的星系，在它們之間是巨大的空虛的太空。為了證明這些，他必須確定這些星系的距離。這些星系是如此之遙遠，不像鄰近的恆星那樣，它們確實顯得是固定不動的。所以哈勃被迫用間接的手段去測量這些距離。眾所周知，恆星的表觀亮度決定於兩個因素：多少光被輻射出來（它的絕對星等）以及它離我們多遠。對於近處的恆星，我們可以測量其表觀亮度和距離，這樣我們可以算出它的絕對亮度。相反，如果我們知道其他星系中恆星的絕對亮度，我們可用測量它們的表觀亮度的方法來算出它們的距離。哈勃注意到，當某些型別的恆星近到足夠能被我們測量時，它們有相同的絕對光度；所以他提出，如果我們在其他星系找出這樣的恆星，我們可以假定它們有同樣的絕對光度——這樣就可計算出那個星系的距離。如果我們能對同一星系中的許多恆星這樣做，並且計算結果總是給出相同的距離，則我們對自己的估計就會有相當的信賴度。

埃得溫·哈勃用上述方法算出了九個不同星系的距離。現在我們知道，我們的星系只是用現代望遠鏡可以看到的幾千億個星系中的一個，每個星系本身都包含有幾千億顆恆星。圖3。1所示的便是一個螺旋星系的圖，從生活在其他星系中的人來看我們的星系，想必也是類似這個樣子。我們生活在一個寬約為10萬光年並慢慢旋轉著的星系中；在它的螺旋臂上的恆星繞著它的中心公轉一圈大約花幾億年。我們的太陽只不過是一個平常的、平均大小的、黃色的恆星，它靠近在一個螺旋臂的內邊緣。我們離開亞里士多德和托勒密的觀念肯定是相當遙遠了，那時我們認為地球是宇宙的中心！

圖3。1

恆星離開我們是如此之遠，以致使我們只能看到極小的光點，而看不到它們的大小和形狀。這樣怎麼能區分不同的恆星種類呢？對於絕大多數的恆星，只有一個特徵可供觀測——光的顏色。牛頓發現，如果太陽光透過一個稱為稜鏡的三角形狀的玻璃塊，就會被分解成像彩虹一樣的分顏色（它的光譜）。將一個望遠鏡聚焦在一個單獨的恆星或星系上，人們就可類似地觀察到從這恆星或星系來的光譜線。不同的恆星具有不同的光譜，但是不同顏色的相對亮度總是剛好和一個紅熱的物體發出的光譜完全一致。（實際上，從一個不透明的灼熱的物體發出的光，有一個只依賴於它的溫度的特徵光譜——熱譜。這意味著可以從恆星的光譜得知它的溫度。）並且，我們發現，某些非常特定的顏色在恆星光譜裡找不到，這些失去的譜線可以因不同的恆星而異。既然我們知道，每一化學元素都有非常獨特的吸收光譜線族，將它們和恆星光譜中失去的譜線相比較，我們就可以準確地確定恆星大氣中存在什麼元素。

在20年代天文學家開始觀察其他星系中的恆星光譜時，他們發現了最奇異的現象：它們和我們的銀河系一樣具有吸收的特徵線族，只是所有這些線族都向光譜的紅端移動了同樣相對的量。為了理解這個含意，我們必須先理解多普勒效應。我們已經知道，可見光即是電磁場的起伏或波動，其頻率（或每秒的振動數）高達4到7百萬億次的振動。對不同頻率的光，人的眼睛看起來為不同顏色，最低的