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宇宙是我们所生存的地方的时间和空间的总和.目前人类观测到的宇宙半径为150亿光年,实际的应该比这个要大.现有理论认为我们的三维宇宙是由四维空间堆叠成的超圆体,即有限无边.(就是说大小有限,但没有边际,你沿着一个方向一直走,最终会回到出发点.举1个对比的例子,地球的表面相当于1个由三维空间堆叠而成的二维平面,它是有限无边的,沿一个方向一直走,最终会回到起点)星系是由很多(数十亿)恒星系(太阳系是一个恒星系)组成的盘形螺旋状(围绕中心旋转)天体.有大有小.我们所处的银河系是众多星系中的一个,直径大约为10光年.(我们晚上看到的银河就是银河系)宇宙包含很多星系;我们所在的星系被成为银河系.
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1918年，沙普利开始观测我们银河系的造父变星，想用这种新的方法来确定银河系的大小。他重点观测球状星团中的造父变星。球状星团是由几万至几千万颗恒星稠密地聚集在一起的球状集合体，直径大约为100光年。 这些星团（其性质一个世纪以前W。赫歇耳就首次观测过）呈现出完全不同于我们邻近空间的天文环境。在较大的星团中心，恒星以每10立方秒差距500颗的密度聚集在一起， 而在我们邻近的空间中每10立方秒差距只有一颗恒星。在这种情况下，星光会比地球上的月光亮得多，假如在靠近这种星团的中心有一颗行星的话，这颗行星将不会有黑夜。 在我们的银河系中约有100个已知的球状星团， 可能还有这么多个未被发现。沙普利计算出，各个球状星团与我们的距离为2万～20万光年。 （最近的一个星团是半人马座ω，它同最近的一颗恒星一样，在半人马座里，用肉眼望去像是一颗星。最远的一个星团是NGC2419，它距离我们太远了， 几乎难以把它当作银河系的成员。） 沙普利发现，这些星团分布在一个大球中，银道面从中间把大球切成两半，它们像晕一样环绕着银河系主体的一部分。沙普利自然地假设它们绕着银河系的中心转动。在他的计算中，他把银河系中由球状星团组成的这个晕的中心点定在人马座方向上，距离我们约5万光年。 这意味着，正如W。赫歇耳及卡普坦曾认为的那样，我们的太阳系根本不在银河系的中心，而是远处银河系的一个边缘。 沙普利的模型把银河系描绘成一个直径为30万光年的巨大透镜。后来，另一种测量方法很快证明，这一次沙普利把银河系估计得太大了。 从银河系的形状像一个圆盘这一事实出发，自W。赫歇耳以来，天文学家一直推测，它必定在空间旋转着。1926年，荷兰天文学家奥尔特开始测量这种旋转。因为银河系不是一块固体，而是由无数单个恒星组成的，所以不能指望它像轮子那样一块旋转，而是靠近圆盘引力中心的恒星必定比远处的恒星绕中心旋转得快（就像离太阳越近的行星在轨道上运行越快一样），因此，靠近银心（即在人马座方向上）的恒星应该趋向于超前我们的太阳而移动；而远离银心（即在双子座方向上）的恒星在公转中应该有落后于我们的倾向。恒星离我们越远，速度的这种差异应该越大。 在这些假设的基础上，根据恒星的相对运动，就可以计算出绕银心旋转的速率。由此推算出，太阳以及附近的恒星约以每秒240公里（150英里）的速率相对于银心公转， 而公转一周需要2亿年左右。（太阳以接近于圆形的轨道远行，但有些恒星的轨道，如大角星，就近乎于椭圆形。不过恒星的运行轨道并不完全平行，这一事实正好说明太阳为什么朝着天琴座相对运动。） 在估计出旋转的速率值以后，天文学家就能计算出银心的引力场强度和它的质量。结果表明，含有银河系绝大部分质量的银心远大于1000亿个太阳的质量。由于太阳比一般恒星的质量大，因此银河系可能含有200亿～3000亿颗恒星， 是W。赫歇耳估计数目的3000倍。 从旋转恒星的轨道曲线，还可以找出它们绕行的中心，天文学家使用这个方法证实银河系的中心在人马座的方向上，就像沙普利所发现的那样，但离我们只有27000光年， 而银河系的总直径则为10万光年，而不是30万光年。在这个目前被认为是正确的新模型中，圆盘在中心处的厚度约为20000光年， 然后向边缘逐渐变薄： 我们的太阳位于从中心到边缘2/3的地方，圆盘在这里的厚度约为3000光年（见图2－3）。但这些只是粗略的数字，因为银河系并没有非常明确的边界。图：从边缘处看到的银河系模型。球状星团散布在银河系中心部分的四周。 既然太阳这么靠近银河系的边缘，为什么我们看到的银河在银心方向上并不比在相反的方向上（即我们朝边缘看的方向）更亮呢？朝人马座看去时，我们面对着银河系的主体，大约有2000亿颗恒星，而向边缘望去时，只有几百万颗疏稀的恒星。可是，不论在哪一个方向上银河带似乎都一样地明亮。这可能是因为巨大的昏暗的尘埃云把银心大部分遮挡住了，我们无法看到。银河系外围区域的质量，有一半大概是由这种尘埃气体云组成的。我们所能看到的可能最多只有银心光亮的1/10000。 正因为这样，W。赫歇耳及其他早期研究银河系的天文学家才误认为太阳系在银河系的中心，而后来沙普利似乎也因此过高地估计了银河系的大小。他所研究的一些星团因中间介入尘埃而变得暗淡，所以这些星团里的造父变星显得比实际的亮度暗淡，因此推算出的距离也比实际的远。甚至在银河系的大小和质量被确定之前，人们就已经利用麦哲伦云中的造父变星来测定这个星云的距离了（勒维特绘制了周期－光度曲线，这是一个关键性的发现）。结果证明，它至少和我们相距10万光年。现代最新的数字是，大麦哲伦云距离我们约15万光年，小麦哲伦云约17万光年。大麦哲伦云的大小不到银河系直径的一半；小麦哲伦云的大小不到1/5。 此外，恒星的密集程度也比较稀。大麦哲伦云含有50亿颗恒星（不到我们银河系恒星数目的1/20），而小麦哲伦云仅含有15亿颗恒星。 图：大、小麦哲伦云 20世纪20年代初期的状况是这样的：已知的宇宙直径不到20万光年，由我们的银河系和它的两个邻居组成。于是产生了这样一个问题，在此以外是否还有什么东西存在？ 人们把怀疑的目光投注在某些明亮的云雾状的小斑上，称之为星云（源自希腊语“云”），天文学家早就注意到它们了。法国天文学家梅西耶早在1781年就把其中的103个编入了星表。 （许多星云至今仍沿用他所编的号码，在号码前面加上M字样， 表示为梅西耶所编。） 这些星云状物质果真像人们所看到那样只是些云吗？有些星云，如猎户座星云（荷兰天文学家惠更斯1656年首次发现），似乎就是一块气体尘埃云， 猎户座星云的质量大约等于500个我们的太阳，由它内部的热星所照亮。然而，另一些星云状物质已经证明是球状星团，是由恒星组成的巨大集体。 但是仍有一些发亮的云斑似乎一颗星也没有。那么，为什么它们会发亮呢？1845年，英国天文学家W。帕森斯（即罗斯勋爵）使用他用毕生精力制成的183厘米（72英寸）望远镜， 确认这些云块中有一些具有旋涡结构，并命名为“旋涡星云”，但这无助于解释发亮的原因。图：M31（仙女座星云） 这类星云中最为壮观的是位于仙女座里的仙女座星云，被称为M-31。德国天文学家马里厄斯1612年首先研究的就是这块星云。仙女座星云是一个拉长的卵形云块，发出暗淡的光，大约有满月一半的大小。它会不会是由恒星组成的，只是由于太遥远、使用高倍望远镜也分辨不出来？如果真是这样，仙女座星云必然是难以置信地遥远，并且难以置信的庞大，因为在这样遥远的距离我们竟然还能看到它。（早在1755年，德国哲学家康德曾猜测有这种极远距离的恒星集合体存在，他称之为岛宇宙。） 20世纪初对这件事有过激烈的争论。美国天文学家万玛伦报告说，仙女座星云在以可测量的速率旋转着。既然能测量到它，它必定距离我们相当近。假若远在银河系之外，就会因为太远而显示不出任何可以察觉到的运动。万玛伦的好朋友沙普利利用他的结论提出了仙女座星云是银河系的一部分的论点。 反对这种说法的是美国天文学家柯蒂斯。尽管在仙女座星云中看不到一颗星，但时常都有极其微弱的星在那里出现。柯蒂斯认为这是一种新星，一种会突然增加几千倍亮度的恒星。在银河系时，这种恒星会发出短暂的非常亮的光，然后又暗淡下去，从而结束；但在仙女座星云中，它们即使在最明亮时也不容易被看到。柯蒂斯推断，新星之所以极其暗淡，是因为仙女座星云极其遥远。仙女座星云中的普通恒星合在一起仍然太暗而不能被发现，因而只能混合在一种微亮的云雾中。 1920年4月26日， 柯蒂斯与沙普利举行了一次公开的辩论会。虽然柯蒂斯的口才非常好，并对自己的立场作了令人印象深刻的辩护，但总的来说是平分秋色。 但是几年后，事实证明柯蒂斯是对的。理由之一就是万玛伦的数字被证明是错的。原因尚不能肯定，但即使最聪明的人也会出错，而万玛伦显然是属于这种情况。 而后，1924年，美国天文学家哈勃在加利福尼亚州威尔逊山上把新建成的254厘米（100英寸）望远镜对准了仙女座星云。（这架望远镜是由J。B。胡克资助建造的，因此命名为胡克望远镜。）这架强有力的仪器把仙女座星云的外缘部分分解成单个的恒星，于是立即显示出，仙女座星云（或至少其中一部分）和我们的银河相类似，那里可能就是所谓的“岛宇宙”。 在仙女座星云边缘的恒星中也有造父变星。利用这些测量标杆，哈勃断定这个星云距离我们将近100万光年！ 所以仙女座星云非常遥远，远在银河系之外。考虑到它的距离，它的视大小表明，它必定是上个巨大的恒星聚集，几乎可以和我们的银河系相匹敌。 结果证明，其他一些星云状物质也是恒星的聚集，甚至比仙女座星云更远。这些河外星云都被认定是星系——新的“宇宙”。这些新的“宇宙”使我们的银河系的地位大为降低，成为空间的许多星系之一。宇宙再一次扩大了。它比以前任何时候都要大，它的宽度已不只是几十万光年，而可能是几十亿光年了。。