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星云的研究可以追溯到古代天文学家，他们曾仅凭肉眼就发现了一些星云，但随着望远镜的发明，人们发现星云的数量多得令人惊讶。第一个编制详细的星云目录的人是法国天文学家查尔斯·梅西耶。他从1764年开始这项工作，在这之前，他曾成功地追踪过彗星，为此国王路易十五戏称他为彗星鼬。但梅西耶曾历经多次挫折，因为乍一看，很容易将彗星与星云这两种出现在天空的不同类型的微小暗斑混淆起来。缓慢移动的彗星划过天空，因此它们最终会显露出它们的真面目，但梅西耶要编制星云表，因此他没有大把的时间浪费在错误地盯着一个静态的对象徒劳地等着它移动。1781年，他发表了一份有103个星云的星表，直到今天，这些天体仍然以梅西耶的编号命名。例如，蟹状星云是M1，仙女座大星云是M31。梅西耶绘制的仙女座大星云的简图（如图35所示）。
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当威廉·赫歇尔收到梅西耶星表的副本后，他把目光转向星云，用他的巨型望远镜对天空进行了地毯式搜索。赫歇尔的结果远远超过梅西耶，共记录下2500个星云。在调查过程中，他开始猜测其性质。由于它们看起来像云（“nebuIa”一词在拉丁语里的意思是“云”），因此他认为它们确实是大团的气体和尘埃。更具体地说，赫歇尔可以辨别出一些星云里的单星，所以他认为星云是由碎片包围着的年轻恒星，这些碎片想必正处于聚集形成行星的过程中。总而言之，在赫歇尔看来，这些星云似乎是正处在其寿命的早期阶段的恒星，像所有其他恒星一样，他们存在于银河系的范围内。
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与赫歇尔认为的银河系是整个宇宙中唯一的恒星集群不同，18世纪的德国哲学家康德则持相反意见，他认为至少有一些星云是独立的恒星组群，其规模类似于银河系，但其周长则远远超出后者的周长。按照康德的观点，为什么星云看起来像云，是因为它们含有数以百万计的恒星，它们是如此遥远，以至于这些恒星都合并成一团光晕。为了支持他的假说，他指出，大多数星云都有一个椭圆形的外观，这恰恰是你所期望的，如果它们有如同我们银河系一样的圆煎饼结构的话。虽然银河从上方看起来像圆盘，从侧面观察时像一根细线，但如果从一个中间的角度去观察时，它将呈现为椭圆形。康德将星云称为“世界岛”，因为他将宇宙描绘成一个空间的海洋，其中零星分布着恒星构成的岛屿。我们的银河系就是这样的一个星岛。今天，我们将任何一个这样的孤立的恒星系统称为星系。
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图35 经过20年的观察，查尔斯·梅西耶于1781年发表了一个有103个星云的星表。他详细绘制了他的星表上第31号星云——仙女座大星云。该图展示了星云与恒星之间的差异：前者有明确扩展的可见结构，后者则表现为一个光点。
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虽然康德偏好将星云看成是在银河系之外的星系的想法具有观察上的基础，但也有他信仰上的神学基础。他认为，上帝是万能的，因此宇宙应该是既永恒又是在内容上无限丰富的。在康德看来，上帝的创造仅限于银河系似乎是荒唐的：
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如果我们将上帝的启示封闭在一个银河系半径所描述的球内，那么这并不比我们将其限定在一个直径1英寸的球内更接近上帝的无限的创造力。所有那些有限之物，无论是有极限还是与统一性有明确关联，都一样远离无限……正因此，具有神圣属性的启示涉及的领域必然像这些属性本身一样是无限的。永恒不足以囊括上帝的表现，如果它不与空间的无限性结合起来的话。
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战线已经拉起来了。赫歇尔的支持者争辩说，星云是由碎片云环绕着的年轻恒星，它处于银河系之内；而康德的追随者则认为它们是星系，是远在银河系之外的独立的恒星系统。解决争论的关键是要拿到更好的观测证据，这项工作开始出现在19世纪中叶，是由非凡的威廉·帕森斯——第三代罗斯伯爵——做出的。
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娶了个有钱的女继承人，并继承了比尔城堡——一座坐落在爱尔兰的大庄园，罗斯爵士很幸运，能够去追求一种绅士科学家的生活。他决心要建造世界上最大、最好的望远镜，而且不怕脏不怕累亲自动手。《布里斯托尔时报》的记者这样写道：
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我看到了伯爵，那个亲自制造望远镜的人。他不是头戴礼帽，身着貂皮长袍，而是挽着衬衫袖子，露出他那粗壮的双臂。他刚刚离开他操作的台虎钳，身上还粘着铁屑粉末。他走到放在铁砧上的粗瓷面盆前洗手洗脸，两个铁匠则正挥动铁锤轮番锤击烧得发亮的铁棒，飞溅的火星向他们的贵族老爷扑来，但他们几乎不在意，就好像他是个火神。
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仅仅铸造巨型望远镜的镜面本身就是一项重大的工程壮举。它需要用80立方米的泥炭来熔化3吨重的反射镜铸造材料，整个镜面直径达1.8米。阿马天文台台长托马斯·罗姆尼·罗宾逊博士见证了这一铸造过程：
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崇高的美永远不会被那些亲眼目睹的幸运者遗忘。上方，是天空，缀满了星星并被最辉煌的月亮照耀着，就像是以吉祥的目光注视着他们的工作。下方，是熔炉——倾泻出带着近乎单色的黄色火焰的巨大的铁水，和点燃的坩埚——在铁水流过的地方，空气犹如红色的喷泉。
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1845年，经过3年的建造，并自掏腰包花费了相当于100万英镑的开支，罗斯爵士终于制成了他的巨型16.5米长的望远镜（如图36所示），并开始用于观测。这期间正好赶上爱尔兰闹马铃薯饥荒。这是一场罗斯预计到并力图避免的灾难，早前他就曾主张采用新的种植技术，以减少马铃薯疫病带来的风险。他迅速停下他的天空调查，将时间和金钱都转移到支持当地社区的救灾工作上。他还免收他的房客的租金，赢得了作为一位真诚的政治家的声誉，在爱尔兰历史上的这段黑暗时期，他代表农村居民站出来竞选。
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图36 罗斯爵士的“帕森斯镇的巨兽”，它有1.8米的强大口径，当它建成时，是当时世界上最大的望远镜。“帕森斯镇”是望远镜选址所在地的旧称，现在这个镇叫比尔。
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几年后，罗斯爵士最终又回归到对恒星的测量。每当他要进行观察时，都得爬上围绕他的巨型望远镜搭起来的脚手架，晃晃悠悠地蹲在那里观测。与此同时，当5名工人摇动曲柄，操纵平衡块和滑轮，以使望远镜被抬高到正确的高度时，他还得保持自身的平衡。夜复一夜，罗斯爵士和他的团队就这样与这个怪物搏斗，这也就是为什么它被戏称为“帕森斯镇的巨兽”。
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罗斯观测夜空壮观景象的努力得到了回报。罗斯的助手，约翰斯通·斯托尼，将望远镜对准那些非常微弱的恒星进行观测后，这样评估了望远镜的质量：“这些恒星在大望远镜下非常明亮。它们通常看上去就像光球，像小豆豆，在大气扰动的背景下猛烈沸腾……测试表明望远镜确实非常接近理论上的完美。”
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唯一的问题是，这架“巨兽”坐落在爱尔兰中部，这里不具备清澈无云的良好天气条件。除了“浓浓的雾”外，据说这里就只有两种类型的天气：“下雨之前”和“下雨之中”。有一次，这位极富耐心的爵士写信给他的妻子，解释说：“这里的天气依然混沌不清。但不是绝对不可救药。”
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不知怎的，就是在这样的多云天气之间，罗斯居然能够对星云做非常详细的观察。星云在他的望远镜下不是表现为无形的一团污迹，而是开始展示自身独特的内部结构。屈从于“巨兽”的第一个星云是梅西耶星云表上的M51，罗斯为这个星云画出了惊人的详细结构图（如图37所示）。他可以轻易地辨别出M51具有螺旋结构。他特别注意到了在旋臂之一的尾端有一个小的漩涡，这就是为什么M51有时被称为罗斯爵士的问号星云。罗斯的草图很快传遍整个欧洲，人们甚至认为正是这幅画激发了文森特·梵高创作出画《星夜》，这幅画明显展示了一个螺旋星云和一个伴随的漩涡。
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这种与漩涡的相似性使M51获得了另一个绰号：旋涡星云。它还导致罗斯得出一个显而易见的结论：“这种系统的存在，如果没有内部运动，似乎是根本不可能的。”此外他还认为，旋臂的质量可能不仅仅是气态云：“因此我们认为，随着光学器件水平的连续不断地提高，结构会变得更复杂……但星云本身，无疑点缀着众多的星星。”
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图37 罗斯爵士画的旋涡星云（M51）的结构，右边用作对比的是拉帕尔马天文台拍摄的现代图像。由此可见罗斯的望远镜的水平和他观察的准确性。
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事情变得越来越清楚：至少有一些星云是恒星的集合，但这并不能证明康德的理论，即星云是等同且独立于我们银河系的星系。这些星云必定巨大、独特且相距遥远，但漩涡星云或许是处于我们银河系内或边缘的一个相对较小的恒星子群。关键的问题是距离。如果有人能以某种方式测得星云的距离，那么它们是处在银河系内，还是处在银河系附近，或远远超出银河系的范围，将很容易决定。但是视差方法——这种用于测量恒星距离的最佳技术——却不能用到星云上。如果说，这种测量方法用来测量最靠近的恒星的角位移还算勉强可行的话，那么要用来识别银河系边缘的——抑或更遥远的——
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