20世纪初期，就在爱因斯坦的相对论动摇着理论物理学的基础时，天文学界也针对具有螺旋状结构的“星云”性质究竟是何天体，也进行了一场激辩。这可谓是从内到外、从本到质都要进行着一场革命。

当时，其他各种类型的深空天体包括球状星团、疏散星团、超新星遗迹、行星状星云，还有弥散的红蓝两色的星云（恒星形成区）都已被认定位于银河系的区域之内。（椭圆形“星系”，如今已经知道是远在银河系之外的，但当时被误认为也是银河系之内的星团。）因此，疑问就集中在了这些呈现出螺旋形状的天体上。

呈现出螺旋状的星云到底是啥？

一大半的天文学家认为这些天体只是“原恒星”，即胎儿阶段的新恒星，因此全都属于银河系内部；另外一小半的天文学家则认为这些天体都是像银河系一样的星系，只不过都在银河系之外，是离银河系很远的一个个“宇宙岛”，所以看起来很小罢了。

如今我们知道，当时占相对多数的那个看法是错的。但是，这并不代表它不堪一击。想象一下这种情况：一团中性的气体分子云如果温度足够低，就会在万有引力的作用下彼此靠近，进而坍缩，这个过程是必然的。

通常情况下，这团气体云不可能一开始就是一个完美的球形，它的轮廓一定至少在某个方向上相对比较短浅。根据引力发挥作用的机制可以推知，在这个相对短浅的方向上，坍缩一定发生得相对较快。然后，原子之间开始撞击并堆积在一起，它们之间的互相作用将使这些气体开始释放出能量。

这个情景的后续进展就是出现一个扁平的、自转着的气体云，其越靠中心处的密度越高。这样，在这团气体云的中心最终就有可能形成至少一颗新的恒星，所以这些云雾状的物质代表的就是形成恒星之前的阶段。以当时的认识看，对螺旋状结构的“星云”做这种解释完全说得通。

如果这些有着螺旋状结构的天休真的只是新恒星的前身，真的也处于银河系的区域以内，那就意味着直径十万光年左右的银河系已经涵盖了我们能观察到的全部天休，而银河系之外只有空虚、黑暗的无尽空间。

但是，如果事实像那一小部分人所认为的。即如果这些天休其实是远在银河系之外的“宇宙岛”，认为它们中的每一个都和银河系有着差不多的结构，都像银河系一样包括不少于数十亿颗恒星，那就意味着宇宙远比银河系大得多，其直径至少不会小于几百万光年，银河系在整个宇宙中也不过是一个“岛”而已。

尽管大量的观测活动提供了数不清的关于深空天体的素描图、照片，分别持有两派观点的人始终无法取得共识。双方各自抱有一些资料作为自己的证据，然后加以不同的阐释过程，最终得到的是大相径庭的结论。

随着这一学术辩论渐趋白热化，宇宙的大小、根本性质等问题的答案也越发扑朔迷离！为了努力解决这一问题，20世纪20年代还举行过一场在天文学史上非常有名的“大辩论”，对阵双方是两个阵营中极有名望的两位专家：持“原恒星论”的沙普利( Harlow Shapley）和持“宇宙岛论”的柯蒂斯（Heber Curtis）。

二人以宇宙的尺度问题为核心，进行了一次极为精彩的科学论述对攻战。双方都列举了很多支持自己观点的观测数据与事实，根据最能与数据呼应的解释方式亮明了立场。双方交锋最激烈的具体话题，主要有以下列举的六个：

1、

多年积累的对M101（即“风车星系”）的观测数据显示，它内部的各个局部特征是一直在旋转的。沙普利就此指出，M101的直径不可能大到与银河直径相仿，因为假若如此，则它边缘部分在宇宙中的运动速度必定会数倍于光速，而光速已经被爱因斯坦证明为宇宙中的速度上限。柯蒂斯承认，如果这一情况属实，将是对“宇宙岛”设想的沉重打击，但他也指出，这些来自顶级观测设备的数据是在设备精度极限的水平上得到的，因此可能不准，另外其他类似的天体中也没有观测到这种现象。所以他据此表示，这个观测结论本身是不够可信的。（见图3.6）

2、

对“仙女座大星云”M 31的观测表明，在这个天体所占的小小的天区内，出现的亮度突然增加的星星（即“新星”）比其他天区内的正常数量多很多。通常，在银河系内出现的“新星”的亮度看起来都是差不多的，但 M31所在天区内的新星比前面这些新星都暗不少，而且这种很暗的新星在其他天区也很少出现。柯蒂斯由此估计 M 31的大小应该至少和整个银河系差不多，只不过离银河系有几百万光年之遥。但是沙普利表示反对，他认定1885年有一次恒星大幅增亮事件不可能是“新星”现象，由此指出柯蒂斯的解释是有瑕疵的。

3、

许多螺旋状的“星云”都以光谱学的方式研究过，也就是说，这些天体发出的光所含的不同波长的成分都曾被分解开来，并记录和分析过。然而，分析的结果显示这些光谱与我们已知的任何类型的恒星都不相符，其原因在当时是个谜。沙普利认为，由此可知这些螺旋状的天体和恒星不太沾边，它们有自己独特的性质。柯蒂斯则认为这些天体内包含很多恒星，只不过这些恒星的性质和银河系里的恒星不尽相同。他还进一步指出，这些天体的成员星比我们通常见到的恒星温度更高、亮度更大、颜色也更偏蓝，由此这些遥远的星系内的环境也和银河系内大不一样。在那种环境下，我们观测到的光谱特征完全有可能已经被扭曲了。

4、

在属于银河系盘面附近的天区内，从未观测到螺旋状的深空天体——这是一个争议尤其激烈的话题。沙普利在这个话题上遭遇了极大的困难，毕竟银盘附近的天区内星星很多，如果螺旋状天体处于银河系以内，没有理由不出现。柯蒂斯在此乘胜追击，指出这正好说明螺旋状天体是远在银河系之外的：因为银盘附近有太多的恒星，所以掩盖住了这些非常遥远的天体发来的光。这迫使沙普利指出，一定是有某种未知的原因导致了银盘附近无法形成这些螺旋状的雏形恒星。

后来他急中生智地指出，银河系的直径可能比我们原先想象得更大，并且太阳系可能处在相对于银河系中心来说很偏远的地方，而银盘上又有很多尘埃云，位于我们能够看见的恒星与那些螺旋状天体之间，让我们无法看到后者发出的光。假如在那个时代，红外天文学的发展特别领先的话，或许沙普利和柯蒂斯会发现他们二人各有正确的地方：银盘内部的大量星际尘埃确实在遮挡银盘附近天区的遥远天体，但螺旋状深空天体也确实远在银河系之外。

5、

有观点认为，如果螺旋状星云的距离真如柯幕斯所说的那么远，以我们的夜空中能看到的各种已知的星光亮度来算，螺旋状星云发出的光将非常暗淡，导致难以观测。换句话说，如果这些螺旋状天体真的是“宇宙岛”，那么它们呈现在我们眼前的亮度应该比实际观察到的还要暗很多。沙普利抓住这点不放，断定这些爆旋状的天体只能被解程为一种并非恒星的特殊天体，而不可能是极为遥远之处的一群恒星的集合。柯蒂斯只能拿出自己在前述第三点中的理由来对抗，即这类天体因处于极逼远的地方，其所含的恒星的性质与我们银河系中的恒星的性质可能有所不同，但它们仍然像银河系一样，是一大群恒星的集合。

6、

最后一个重要话题基于当时最新的观测数据：这些螺旋状天体在宇宙中的移动速度绝大部分都已经被测了出来。其中不乏少量速度比较慢的，如“波德星云”（即M 81）的速度仅为每秒几千米，这个速度与银河系内天体的常规水平差不多。但是，其他大部分螺旋状天体的速度都惊人地快，可以达到每秒数百千米，甚至每秒上干千米。至于运动方向，除了极少的例外，大部分这类天体都在远离我们而去。（见图 3.8）沙普利和柯蒂斯对此现象一时间都没有拿出很好的解释，或许，这场辩论耗用的超长时间已经使他们二位元气大伤了。

总结

这场辩论的赢家到底是谁，其实并不重要（当时支持沙普利的一方占了上风——尽管这在今天看来很怪），真正重要的是双方提出的观点及其思想创新价值。

在科学世界里，能够引领科学进展的观念，并不一定是拥有最多支持者的。只有那些既能够合理解释所有已观测到的事实，又能提出可以去验证的新预言的观念，才是最有力量的。后来的观测结果最终在理论上结束了这场辩论，而这一决定性的观测来自此前意想不到的一个领域。从此人类的视野和认知也走出了银河系，真正认识到了广袤的宇宙。