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在他开始实施他的第三个项目——威尔逊山的100英寸（2.5米）的望远镜——后，他的精神健康进一步恶化。作为他的反射镜的基础，海耳从法国定购了一件5吨重的玻璃盘，当时的报纸称其为横渡大西洋的一件最有价值的商品。但是，当它到达后，海耳团队最关心的是这件玻璃制品的强度和光学质量，结果他们发现，玻璃竟然含有微小的气泡。埃维莉娜·海耳目睹了这个最新项目给她丈夫带来的痛苦，并开始讨厌给他带来困扰的这个巨型镜头：“我真希望这块玻璃葬身海底。”
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这个项目似乎注定要失败。在精神极度紧张期间，海耳曾出现幻觉，受到一个绿色小精灵的造访，而这个小精灵很快便成为他倾诉他的望远镜计划的唯一的人。小精灵通常是报以同情，但偶尔也会嘲笑他。海耳对一位朋友感叹道：“如何逃离这种新的持续不断的折磨形式，我真的不知道。”
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在洛杉矶五金件巨头约翰·胡克的资助下，100英寸的胡克望远镜最终在1917年完工。11月1日那天晚上，海耳有幸成为通过目镜观测天空的第一人。他被所看到的景象惊呆了——木星上重叠有6个幽灵般的行星。人们立即想到的是这可能是玻璃中的气泡这一光学缺陷在捣鬼。但冷静下来后他们很快想出了一种替代的解释：完成全部安装那天，工人们一直让观测台的屋顶敞着，因此阳光一直在加热镜子，从而有可能使镜面变得扭曲。于是天文学家们停了下来，一直等到凌晨3点，他们希望这么长的冷却时间应该已经解决了这个问题。在夜晚的寒意中，海耳的第二次观天看到的要比历史上任何一次观察都更清晰。胡克望远镜能够展示出以前因为光线太微弱在任何其他望远镜上根本无法看清的星云。它是如此灵敏，甚至能检测到15000千米外的一支蜡烛。
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海耳仍不满足。他在“更高的集光本领”的指导思想的驱动下，又开始了建造200英寸（5米）的望远镜的工作。他的执着可谓众所皆知，后来这段故事被电视制作者拿来作为《X档案》里的一段情节——穆德对斯库利解释道，这其实是小精灵就筹款事宜给海耳的一个建议：“实际上，这个点子是一天晚上海耳在玩台球时小精灵向他提出的。小精灵爬上他家的窗口，告诉他可以找洛克菲勒基金会去要建造望远镜的钱。”斯库利评论说，穆德想必肯定知道，他不是看到绿色精灵的唯一的人，但是穆德回答道：“在我看来，有一群小绿人。”
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遗憾的是，海耳没能活着看到自己的200英寸的望远镜工程的竣工。但他能够亲眼看到他的40英寸、60英寸和100英寸的望远镜带来的影响，它们每一个都进一步揭示了，星云不仅数量众多而且种类纷繁。然而，这些天体的确切位置仍然是一个谜。它们到底是我们银河系的一部分，还是远离我们的自成一体的遥远星系？
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对这个问题的争论在1920年4月达到白热化。当时美国国家科学院计划在华盛顿举办一场被后世称为“大辩论”的讨论会。科学院决定，会议应当将关于星云本质的两个对立阵营汇集到一块儿，在当时最杰出的科学家面前就相关问题展开争论。一种观点认为，银河系包含整个宇宙，当然也包括星云，威尔逊山天文台的天文学家就强烈坚持这种观点，他们选派了一位雄心勃勃的年轻天文学家哈洛·沙普利，来代表他们出战这场论战。相反的观点则认为，星云都是自成一体的星系，持这种观点的代表是利克天文台，他们推荐希伯·柯蒂斯来捍卫自己的立场。
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说来也巧，两位敌对的天文学家乘坐同一趟列车从加利福尼亚州来华盛顿。这是一趟尴尬、令人难受的旅程——两位天文学家在奔驰4000千米的火车上就直接面对面地干起来，每一方都注意避免过早地卷入以后的辩论。而且这种情形因为各自的性格反差而变得更加严重。
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柯蒂斯顶着一副杰出天文学家的优越光环和声誉，一向以说话权威和信心十足而著称，谈起即将到来的论战可说是津津乐道。与此相反，沙普利很紧张，被震摄住了。这个从密苏里州来的贫穷农民的儿子，迷迷糊糊地闯进天文学领域，更多的是靠运气而不是判断。十几岁上大学时，他原本想学新闻学，但这门课被取消了，于是他必须找一门新课来替代：“我打开课表，能选的第一门课是a-r-c-h-a-e-o-I-o-g-y（考古学），我都发不好这个词的音！……于是我又翻过一页，看到a-s-t-r-o-n-o-m-y，这个词我念得出来——就它了！”
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到了大辩论这年，沙普利已经确立了自己作为新一代有前途的天文学家的地位，但他还是感到柯蒂斯浓重的阴影笼罩着自己，因此，当他们乘坐的南太平洋列车在亚拉巴马州抛锚时，他高兴地感到终于有机会摆脱对手的恐吓性做派了。沙普利把时间花在了寻找车厢周围的蚂蚁上，这方面他已经研究并收集了许多年。
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图39 大论战的两个主角：年轻的哈罗·沙普利（左），他相信星云位于银河系之内；资深的希伯·柯蒂斯，他认为星云是独立的星系，远在银河系之外。
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当大辩论的夜幕终于降临时，沙普利的神经已被会议议程的主要事项——长篇大论的颁奖仪式——弄得极度疲劳。对获奖者的表彰和获奖者的演讲似乎没完没了。当时没有一滴酒可以帮助提振精神，因为禁酒令在那年的早些时候开始生效。在台下，爱因斯坦低声对他的邻座说道：“我刚刚得到了一个关于永恒的新理论。”
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最后，大辩论终于占据了舞台中心，当晚的主项正式拉开序幕。沙普利率先开始发言，他给出了星云在银河系内的理由。在演讲中，他依靠两个证据来支持他的观点。首先，他讨论了星云的分布，它们一般都处于银河系扁平平面的上方或下方，极少在银盘平面本身之内，这个带状区域就是后来众所周知的隐带。沙普利这样来解释这种情形，他声称星云是一团孕育新生恒星和行星的气体云。他认为，这样的云团只存在于银河系的上方和下方可触及的地方，并随着恒星和行星的逐渐成熟而飘向平面的中心。因此，他可以根据银河系是唯一的星系这一点来解释隐带。然后，他转向他的对手，声称隐带与他们的宇宙模型不兼容：如果星云代表的是穿插在整个宇宙中的星系，那么它们应该出现在银河系周围的各个地方。
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沙普利的第二个证据是1885年曾出现在仙女座星云的一颗新星。顾名思义，新星不是新的恒星，而是一颗原先非常暗淡的恒星在亮度上突然增强的结果，其能源得自对其伴星的盗取。1885年的这颗新星的亮度只有整个仙女座大星云的亮度的十分之一，如果仙女座只是由位于我们银河系边缘上的少量恒星构成的话，这一点就非常好理解。但如果仙女座，像他的反对者所声称的那样，是一个自成一体的星系，那么它就将由上千亿颗恒星组成，而新星（其亮度是仙女座的十分之一）就会像亿万颗恒星加起来一样亮！沙普利认为这是荒谬的，因此唯一合理的结论就是，仙女座星云不是一个独立的星系，而只是我们银河系的一部分。
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对于一些人来说，这种水平的证据是绰绰有余了。天文学史专家艾格尼丝·克拉克事先已了解沙普利的证据，并在此之前曾写道：“现在我们可以信心十足地说，没有一个称职的思想家，面对所有这些可获得的证据，仍坚持认为单个星云是一个与银河系等级相同的恒星系统。”
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然而对柯蒂斯来说，事情还远远没有解决。在他看来，沙普利列举的情形有弱点，他攻击他的两个主要论点。两人都有35分钟的时间陈述各自的理由，但是他们的风格迥异。沙普利给出的是一个基本上非专业性演讲，旨在让来自不同学科的科学家都能听懂。而柯蒂斯则从细节上提出了无情的反击。
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关于隐带，柯蒂斯认为，这是一种错觉。他认为，星云，作为星系，是对称地点缀在空间各处的，并且远远超出了银河系范围。依据柯蒂斯的理解，天文学家无法看到银河系平面内的很多星云的唯一原因，是因为它们的光被占据银道面的所有恒星和星际尘埃阻断了。
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接下来是对沙普利的另一个支柱——1885年的新星——的攻击。柯蒂斯不认为这里有什么异常。在星云的旋臂里人们已经观察到许多其他新星，而且它们全都比著名的仙女座新星要微弱得多。事实上，观测到的大多数星云新星都是这样极其微弱的，柯蒂斯辩称道，这证明星云一定是遥远得令人难以置信，远远超出了银河系的范围。总之，柯蒂斯不准备仅仅因为一颗35年前的明亮的新星就放弃自己珍爱的模型。柯蒂斯再次重申了他的未经证实的多星系模型：
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在思想家心目中所形成的概念中很少有比这个想法更重要的了。这就是说，我们，在数以百万计的恒星所构成的银河系中的一个恒星的小卫星中的微不足道的居民，可以超越其界限而看得更远，并看到其他类似的星系，它们的直径有数万光年，每一个都像我们银河系这样，由上十亿颗太阳组成，而且，在我们这样做的时候，我们正渗透到更大的宇宙中，其距离从五十万光年至一亿光年不等。
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柯蒂斯在他的演讲中还提出了各种其他证据，有些用于支持他自己的理论，有些用于攻击沙普利。他相信他已经提出了一个令人信服的理由，并在不久之后写信给他的家人道：“华盛顿的辩论圆满收场，我一直认为我的表现相当出色。”但事实是这场辩论没有明确的胜利者，如果说有那么一点偏向于柯蒂斯的观点，沙普利也是将其归因于风格而非实质内容：“我记得，我宣读我的论文，柯蒂斯介绍了他的论文，可能他不用介绍得很充分，因为他是一个善于表达的人，不怯场。”
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大辩论对于将注意力集中到一个远未解决的问题上的成效并不大。但它敏锐地反映了引导科学前沿研究的性质，在科学前沿，相互竞争的理论彼此相互校正，所依据的却只有最薄弱的硬数据。每一方用来支撑自己观点的意见都缺乏严谨、细节和体量，因此太容易被反对者贴上数据有缺陷、不准确或随意解释的标签。除非有人能够确立一些具体的观察手段来可靠地给出星云的距离，否则这些竞争性理论都不过是猜测。理论的可接受性似乎取决于其支持者的个性，而不是任何真实的证据。
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大辩论涉及人类在宇宙中的位置，解决这个问题需要在天文学上有重大突破。一些科学家，如大众天文学作家罗伯特·鲍尔，认为这样的突破是不可能的。在《天堂的故事》一书中，他的观点是天文学家有知识上的局限性：“我们已经到达这样一个点，人的智力开始无法让他看清前途，他的想象力已被其试图实现其已有知识的努力所压垮。”
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一些古希腊人在驳斥测量地球的大小或到太阳的距离等可能性时也有过类似的表述。然而，第一代科学家，包括埃拉托色尼和阿那克萨哥拉，发明了一系列能让他们量度地球和太阳系的技术。随后，赫歇尔和贝塞尔采用亮度和视差的方法来测量银河系的大小和恒星的距离。现在，是到了该有人站出来发明一种可以跨越宇宙的衡量标准，一种可以解决星云的真正本质的方法的时候了。
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现在你看它，但你看到的不是现在的它
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纳撒尼尔·皮戈特来自一个富裕且人缘广泛的约克郡的家庭，是第一等的绅士天文学家。作为威廉·赫歇尔的密友，皮戈特曾对日食做过两次仔细的观察，并对1769年的金星凌日现象做过观测。他还建造了18世纪末英国的三大私人观象台中的一座。因此，他的儿子爱德华从小就是在望远镜等天文仪器的环境中长大的。爱德华养成了迷恋夜空的习惯，显然，假以时日，他一定会在对天文学的热情和专业知识两方面超越他的父亲。