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图49 1923年10月，哈勃选定了仙女座星云的3颗候选新星，每一颗的旁边都标有“N”。这些新星中有一颗被证明是一个造父变星，即一颗亮度会发生预期变化的恒星，因此它旁边的“N”被划掉并重新标注为“VAR！”。造父变星可以用来测量距离，所以哈勃现在可以测量到仙女座星云的距离，由此解决了大辩论。
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推得的结果是惊人的。这颗造父变星，以及它所在的仙女座大星云，似乎距离地球有大约90万光年。
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银河系的直径大约是10万光年，因此仙女座显然不是我们银河系的一部分。如果仙女座星系真的是如此遥远，那它一定明亮得难以置信，因为它用肉眼就可以看见。这样的亮度意味着它是一个包含数以亿计的恒星的系统。仙女座星云显然是一个独立的星系。大辩论就此告终。
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仙女座星云就是现在的仙女座星系，因为它和其他大多数星云相比确实是独立的星系，并且像我们银河系威武壮观，其位置远远超出了银河系的范围。哈勃已经证明，柯蒂斯是正确的，沙普利是错误的。
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仙女座的巨大距离是如此令人震惊，使得哈勃决定暂不发表这一结果，直到他有更多的证据为止。在威尔逊山，他被一帮单星系理论的信徒包围着，所以他得谨慎以免使自己出丑。他怀着巨大的克制力和耐心，又拍摄了更多的仙女座星系照片，并发现了第二颗较昏暗的造父变星，这证实了他的初步结果。
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图50 星系不再被列为星云，所以仙女座星云在今天被称为仙女座星系。这张照片是拉帕尔马天文台于2000年拍摄的。它表明，仙女座星系由数以百万计的恒星组成，是一个独立的星系。
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最后，在1924年2月，他打破沉默，将这些结果用信件形式发给了沙普利——单星系理论的发言人。沙普利曾帮助校准莱维特的造父变星的距离标尺，而现在它却将他在大辩论中表明的立足点给摧毁了。当沙普利阅读了哈勃的笔记后，他说道：“就是这封信捣毁了我的宇宙。”
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沙普利试图通过暗示光变周期超过20天的造父变星不可靠来攻击哈勃的数据，因为得到研究的长周期的造父变星寥寥无几。他还认为，哈勃的仙女座恒星的所谓的变异性可能不外乎照片显影过程中或是曝光时间上带来的瑕疵。哈勃知道他的观测结果并不完美，但其误差不可能大到足以将仙女座拉回到银河系；所以哈勃相信，仙女座星系距离地球大约是90万光年，并且在未来几年这个问题将变得十分清晰，绝大多数的其他星系甚至更远。唯一的例外是少数矮星系，如亨利埃塔·莱维特研究过的小麦哲伦星云。这是目前已知的因引力而附着在我们银河系边缘的小卫星星系。
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术语“星云”最初用于描述呈云状外观的任何天体，但现在这些星云中的大部分被重新标记为星系。然而，有些星云只不过是银河系内单纯的气体和尘埃的云罢了，因此术语“星云”适时地开始专指这样的云。尽管存在这些相对来说较小的、局部的气体和尘埃星云，但这并不能改变这样一个事实：许多原始星云，如仙女座，实际上确实是独立的星系，并远在银河系之外。大辩论的核心问题是，宇宙中是否充满了这样的星系，而哈勃的回答是确实如此。
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那么对于1885年爆发的仙女座星系的新星又作何解释？沙普利曾认为，它的亮度证明，仙女座不可能是一个遥远的、独立的星系，因为新星这么亮是不可能的。事实上，我们现在知道，1885年爆发的不是一颗新星，而是超新星，它确实是一个“不可能的”超高亮度事件。超新星是一种与普通新星完全不在同一个数量级上的灾难性现象，它是某个恒星在毫无预兆的情形下突然爆炸时所呈现的情形，其亮度在短时间内甚至盖过数10亿颗恒星的总亮度。当柯蒂斯和沙普利在1920年谈到超新星这一罕见事件时，他们还不能正确评价这种现象的意义。
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沙普利的反驳的另一个支柱是什么呢？如果宇宙充满了星系，那么它们就应该在各个方向上都可见。然而，在银河系平面的上方和下方可观察大量的星云，但在银河系平面内却很少有星云被观察到，从而银河系平面被戏称为“隐带”。事实证明柯蒂斯是对的，他声称隐带是扁平状的银河平面内的星际尘埃模糊了我们对银河系之外的星系观察的结果。从那时以来，现代望远镜技术已经能够穿透尘埃，因此现在我们知道，在这个“空”区有着与其他方向上看见的同样多的星系。
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随着哈勃的发现消息的传出，他的同龄人开始为他成功解决了天文学史上最旷日持久的这场争论而鼓掌。普林斯顿大学天文台主任亨利·诺里斯·罗素写信给哈勃：“这是一项完美的工作，你值得拥有它带给你的所有荣誉，这些荣誉无疑是巨大的。你打算什么时候公布这些成果的具体细节？”
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哈勃的正式结果是在1924年在华盛顿召开的美国科学进步协会的会议上公布的。在会上，他因这篇最杰出的论文与另一位获奖者雷米尔·克利夫兰共同分享了1000美元的奖金。克利夫兰的获奖是表彰他在白蚁体内发现肠道原虫这一开创性的工作。由美国天文学会起草的一封信强调哈勃的工作的意义：“它开辟了以前无法进入进行调查的深度空间，为不久的将来取得更大的进展提供了前景。同时，它将已知的物质宇宙的范围扩大了100倍，并明确解决了长期以来一直无法确定的[螺旋星云]的性质问题，表明它们在某种程度上是与我们这个星系一样的有着巨大数量的恒星的系统。”
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通过一次观察，通过一张照相底片的捕捉，哈勃便改变了我们对宇宙的看法，并迫使我们重新评估我们在其中的位置。我们这颗小小的地球上现在似乎比以往任何时候更微不足道——只是在众多星系的一个星系中围绕着众多恒星之一的众多行星中的一颗。事实上，后来这一事实变得更加清晰：我们的银河系只是数10亿个星系中的一个，而每个星系又都包含有数10亿颗恒星。宇宙的尺度远远超出了我们以前的想象。沙普利曾认为，宇宙中的所有物质都装在跨度10万光年量级的银盘内，但哈勃已经证明，在银河系外超过100万光年的地方还存在其他星系。今天我们知道的星系甚至有数10亿光年之遥。
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天文学家很早就知道行星与我们的太阳之间存在巨大的距离，他们也熟悉恒星之间的更大的距离，但现在他们不得不考虑星系之间的巨大的虚空。哈勃的观察表明，若在恒星之间和行星之间的所有物质均是均匀地分布在空间里，那么宇宙的平均密度将是1000个地球大小的体积里有1克物质。这个密度——与我们当今的估计相去不远——表明，我们所居住的空间是在一个非常空虚的宇宙内的一个非常密实的空间。“没有行星或恒星或星系会是如此独特，因为宇宙大部分是空的，”天文学家卡尔·萨根写道，“这个唯一的独特的地方处在巨大的、寒冷的宇宙真空中，处在星系际空间的永恒的黑夜之中，星系际空间是如此奇怪而荒凉，以至于相比之下，行星、恒星和星系似乎都显得珍稀和可爱。”
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哈勃测量的影响确实是惊人，哈勃自己很快就成为大众争论和报纸报道的主题。一篇文章称他为“泰斗级天文学家”。他还获得了来自他自己的国家和海外的无数的奖项和奖励，他的同事们很快就开始称赞他。赫伯特·特纳——牛津大学的天文学萨维里讲座教授——认为：“可能要过上几年哈勃才能够意识到他所做的工作的意义。对于大多数人来说，这样的事情一生中只能有一次，如果他们幸运的话。”
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但是哈勃注定要在未来几年内再次动摇天文学，而且这一次的观察更具革命性，它将迫使宇宙学家重新评估永恒静态宇宙的假设。为了实现这接下来的突破，他需要利用一项相对较新的技术，一项充分利用了望远镜的威力和照相术的敏感性的技术。这件被称为分光镜的装备将允许天文学家从到达他们的巨型天文望远镜的微薄的光中提取出每一点信息。这一工具的起源可追溯到19世纪的科学的希望和抱负。
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变动的世界
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1842年，法国哲学家奥古斯特·孔德试图找出这样一种知识领域，这个领域的知识将永远超出科学事业的范围。例如，他认为恒星的某些特质就永远无法确定：“我们看到，我们是如何能够确定它们的形状、它们的距离、它们的体量和它们的运动的，但我们永远无法知道它们的化学结构或矿物结构。”
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事实上，孔德的这一说法在他死后两年就被证明是错误的，因为科学家们开始发现离我们最近的恒星——太阳——上存在哪些类型的原子。为了了解天文学家是如何揭开恒星的化学成分这个秘密的，我们首先要在一个基本水平上了解光的本质。具体而言，这里有3个关键点。
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首先，物理学家认为，光是电场和磁场的振动，这就是为什么光及相关的辐射形式被称为电磁辐射的原因。其次，更简单地说，我们可以把电磁辐射或光看成是波。第三个关键点是，光波的相邻两个波峰（或连续两个波谷）之间的距离——波长——告诉我们几乎所有我们需要了解的有关光波的知识。波长的例子见图51。
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例如，光是一种能量形式。特定波长的光波所携带的能量的量与其波长成反比。换言之，波长越长，光波的能量越低。对人而言，我们很少关心光波的能量，而是用颜色作为区分不同光波的基本特征。蓝色、青色和紫色对应于较短的波长和较高的能量，而橙色和红色则分别对应于波长较长、能量较低的光波。绿色和黄色对应于中等波长和能量的光波。
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具体来说，紫光的波长大约为0.0004毫米，红光的波长大约为0.0007毫米。还有波长更短和更长的波，但我们的眼睛对这些波不敏感。大多数人用“光”这个词来描述那些我们可以看到的波，但物理学家对这个词的使用要宽泛得多，他们用它来描述人眼可见的或不可见的任何形式的电磁辐射。比紫光的波长更短、能量更高的光包括紫外线和X射线，而比红光波长更长、能量更低的光则包括红外辐射和微波。
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