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《穿梭宇宙岛》通过引人入胜的叙述和大幅壮观震撼的精美图片，介绍了河外星系的基本概况，引出宇宙学的全新成果，带领读者走出银河系，去发现地外文明。
北京
1953年2月23日，毛泽东主席登临南京紫金山天文台，我有幸陪同负责介绍情况并讲解天文学上的有关问题。毛主席提出想看看太阳上的黑子，遗憾的是因为阴天无法观测，因此转向陈列在台内的各种天文照片。他兴致很高，不时用通俗有趣的语言谈天说地。谈到彗星时，他说：“彗星好比吹牛皮，空虚得很”；谈到织女星离我们有27光年（约2 55万亿千米），他脱口而出：“真是天文数字”。最后，我向毛主席介绍河外星云（星系），列举了仙女星座的M 31、三角星座的M 33、猎犬座的M51等，我说它们的距离都在百万光年千万光年甚至上亿光年之远。毛主席摇摇手诙谐地说：“这和我们关系不大”。毛主席不仅是一位政治家，还是一位哲学家，他深知宏观宇宙结构对唯物主义的宇宙观是何等重要。若干年后主席派人到紫金山天文台借《大众天文学》进行研读……
“摸着石头过河”这句名言出自小平同志之口，当时是针对改革开放而言的，但在自然科学的发展上，在人类对宇宙的认识上何尝不也是摸着石头（天体系统）在宇宙的长河中开拓前进吗？
现代科学宇宙观是从地球一个行星开始的，又从太阳系进一步认识到银河系，直到河外星系（数以亿计的宇宙岛）。在这本《穿梭宇宙岛》中，作者陈冬妮把认识星系世界的历史都通俗形象地介绍给了读者，展现出现代天文学对辽阔宇宙壮丽景象的描绘。
2012年，我建议陈冬妮创作一本全面介绍河外星系的科普读物——《宇宙岛之旅》，后来她把书名改为《穿梭宇宙岛》，这一改动令我十分赞赏。“穿梭”这两个字立刻把气氛活跃起来，仿佛跟着作者去穿梭旅行了。本书汇集了NASA、ESA等顶尖天文研究机构的各大项目所公布的大量图片，对中国的读者来说也是一次视觉盛宴。
我在阅读完全书之后，总结了四句话28个字作为对本书的感悟：
仰望星空问苍穹，
天涯何处有星城。
时光倒流看世界，
穿梭探索宇岛行。
2013年2月23日
不知道是银汉高挂的缘故，还是天人合一的传统，中国人总是仰视天文。“上知天文、下知地理”显然是个褒义词，但自从我开始北京师范大学天文系的学习生活起，我就特别害怕别人知道我学的专业，因为心虚。明知自己的数学、物理、天文知识还不够一茶匙，但每每在“被迫”说出自己的专业后，听到的都是“厉害”、“高深”这样的褒奖，怎能不心虚呢？
及至在中科院上海天文台，跟随我可敬可爱的导师景益鹏研究员去接触宇宙大尺度结构和星系形成，甚至懵懵懂懂地“遭遇”暗物质时，我心虚的程度日益加深。我们身处的宇宙实在是太深邃、太浩瀚了，不要说穷己一生无门窥视，就是穷尽全部灵长类生物的智慧，恐怕也无法真正搞清楚宇宙的奥秘。
我对爱因斯坦的敬佩与日俱增，越来越怀疑他老人家是否是“地外文明”的先进代表。特别喜欢他的那个比喻：如果把我们所知道的用一个圆来表示，那么圆外就代表我们所不知道的；于是，我们知道的越多，圆的面积越大，圆外的面积就更大，我们不知道的也就更多。
带着这种强烈的心虚，我来到了天体物理的“圣地”之一——德国马普天体物理研究所，见到了在文献中被尊为“鼻祖”而受顶礼膜拜的活生生的“大牛”们。与高人的接触让我放弃了与宇宙和星系对话的念头——宇宙学和星系真的不是任何一个“有志青年”都能进行的研究。
可宇宙深空中数以亿计的、仿佛漂浮在浩瀚大海中小岛般的星系，仍妖娆多姿地吸引着我，妖孽啊！让我不知如何是好。幸而在与我的忘年交李元老先生的闲谈中，想到了与大家分享这些精灵的好办法。李老建议我不要浪费了9年的天文专业学习和7年的天文科普工作积累下的经验教训，筹划一本通俗易懂的专门介绍宇宙星系的科普书。更巧的是，此时人民邮电出版社的毕颖女士正在策划出版一套“到宇宙去旅行”的天文科普图书。于是，借着东风，这本《穿梭宇宙岛》就到了各位读者的手中。
本书从离我们最近的星系——我们所在的银河系开始，浏览了银河系瑰丽的恒星、星团、星云后，又驻足于我们的近邻——大小麦哲伦星云以及仙女星系，由近及远，一个一个地认识宇宙中形态各异的星系。最后，和读者一起探讨宇宙大爆炸、宇宙演化的历史以及人类对地外文明的探索。
天文学的最大特点就是共享。当你站在地球上仰望苍穹时，世间的一切纷争都不再有意义，你只会感到人类在宇宙中的孤寂和渺小。本书采用的图像除特别说明外，均来自开放资源的美国航空航天局（NASA，http://www.nasa.gov）、欧洲空间局（ESA，http://www.esa.int/ESA）、欧洲南方天文台（ESO，http://www.eso.org）等天文研究机构及其所属各大型项目组，如哈勃空间望远镜、斯皮策空间望远镜、钱德拉X射线天文台等。特别感谢我的同事曹军先生，为本书绘制了全部星图。
内行看门道，外行看热闹。如果你对暗夜的银河、对望远镜中那些模糊的团块、对宇宙微波背景辐射以及宇宙大爆炸有那么一丁点儿兴趣；或者你早就想逃离我们的太阳系去外面的世界看看，那么请你用几天时间，跟随我这个导游一起开始这趟宇宙岛之旅吧。
陈冬妮
2013年于北京天文馆
当我们远离城市的灯火，来到暗黑的旷野，抬头看一眼陌生的星空，除了繁星点点、明暗错落以外，最吸引我们目光的非那横贯长空朦胧的银色光带莫属，这就是我们居住的家园——银河。
随着城市的发展、人潮涌入，生活在现代都市中的人已经鲜少能见到银河了。甚至连年轻的天文学家在观测时，都会误把银河当作干扰观测的云团。但在几百年前以至人类更久远的历史中，我们的祖先抬头仰望，就可以毫无困难地看到这条令人如痴如醉的银河。银河那迷离的外貌吸引了无数先贤，他们或溯本求源，试图凭借自己的想象来解释银河；或格物致知，沉迷在利用新工具对银河的探索中。
从人类历史上各古老文明对银河的遐想和传说中，我们不难看出古人眼中的银河。在亚美尼亚的传说中，银河被称为“稻草贼之路”，在一个寒冷的冬天，天神瓦汉（Vahagn）从亚述国王巴沙姆（Barsham）那偷了很多稻草带到亚美尼亚，当他穿过天庭时，把一些稻草遗撒在路上，就形成了我们看到的银河。无独有偶，北美印第安人对银河的解释也是如此，只是偷东西的主角换成了一条狗，所偷的东西变成了燕麦，而银河的名字也相应地改为“狗逃跑之路”。
居住在南非喀拉哈里（Kalahari）沙漠的克瓦桑人（Khoisan）认为很早以前天空中没有星辰，一片漆黑。一个孤独的小女孩想去拜访她的朋友，就把火堆中的余烬洒向天空，于是就有了银河。
中国的小孩子都是听着祖辈们讲述牛郎织女、王母娘娘、鹊桥相会的传说长大的。相同内容的传说在东亚，包括日本、韩国等国也是家喻户晓，而传统的“七夕”节就是为了庆祝这一年一度在银河上的相会之日。
在埃及神话中，银河是盛满牛奶的池塘，被尊为掌管生育的牛女神巴特（Bat，后与埃及的爱神哈索尔合二为一）掌管。
芬兰、爱沙尼亚等地的人则把银河称为“群鸟之路”，是因为他们发现鸟类利用银河作为向南迁徙的路标。后来的科学研究证明，冬季鸟类确实是以银河为标志向更加温暖的南方迁徙的。在印欧—波罗的海语中，银河的称谓也有同样的意思。
我们更加熟悉的古希腊神话中，银河是婴儿时期的大力士赫拉克勒斯在吸吮天后赫拉的乳汁时，由喷溅出来的乳汁形成的。赫拉克勒斯的生父是众神之王宙斯，而他的母亲只是个凡人。因此宙斯让赫拉克勒斯趁着赫拉熟睡时喝她的奶，这样就可以得到神的力量。罗马神话里，银河则是女神奥普斯的乳汁。奥普斯的丈夫萨特（Saturn）为了保持自己天神首领的地位，会吃掉自己所有的孩子。奥普斯为了救自己新生的儿子朱庇特（Jupiter），用婴儿的衣服包裹一块石头拿给萨特。萨特让奥普斯最后一次喂婴儿吃奶，溅出的乳汁就是银河。实际上，希腊语中“银河”一词就是从“牛奶”一词演化而来的。
印度的传说中把天空所有可见的恒星和行星都比作一只在水中游动的海豚，天空称为海豚盘，而银河构成了海豚的腹部，称为“天上的恒河”。在毛利人看来，银河则是独木舟，猎户座和天蝎座分别为独木舟的前端和尾端，南十字座和指极星则是锚和绳索。
人类祖先对银河进行了丰富多彩的描绘和畅想，这些古老的传说都根据本民族的信仰和传统为银河勾画出独特的样貌，那么今天我们抬头看星空时，到底能看到怎样的银河呢？
一年四季我们都可以看到银河，但不同季节看到的银河面貌是不同的，就好像春花夏果秋实冬藏一样。如果我们是在满天亮星闪闪的冬夜观看星空，那么高悬天际的银河将高调出场。虽然冬夜冰天雪地，却是观测星空的最佳季节。
因为此时我们是背向银河中心（即银心）朝银河系边缘看去的，而我们的太阳位于银河一个旋臂内侧，旋臂是亮星集中的区域，所以我们可以将这个旋臂的星光尽收眼底。
由于这个旋臂包含了猎户座的明亮恒星，例如猎户右肩的参宿四（猎户α）和左脚的参宿七（猎户β）等，因此我们把这条旋臂称为猎户臂。
这些亮星都靠近那条发出迷离银色光芒的光带，即银河。事实上我们肉眼能看到的每颗恒星，无论是否位于这条光带中，都是银河的一分子。现在你可能感到非常疑惑：我们怎么可能既是银河的一部分，又看到光带一样的银河将我们环绕呢？这是因为我们看到的大多数亮星都位于银河系的扁盘（即银盘）之中，当我们看到这个盘时，就能够看到盘中的很多恒星，也就是我们看到的那条光带。而当我们的视线离开银盘转向其他方向时，我们能够看到的恒星就较少，天空也更黑暗，这就好比当我们处于人群中，看到四面八方都是人；但当我们仰望或俯视的时候却看不到人一样。
随着地球绕太阳公转运动，我们告别冬季迎来春天，这时看到的银河远比冬夜时暗淡。因为此时我们的目光不再投向银盘，而是朝上看，所以看到的亮星较少。最显著的亮星是大名鼎鼎的牧夫座的大角和狮子座的轩辕十四。
夏季银河再次高高升起，如同在冬季一样壮丽无边，只是现在我们是面向银心背朝猎户臂，视线方向与冬季相差180°。如果在晴朗无月的夏夜抬头仰望，看到在深蓝色的天幕上有一条银光闪闪、模糊迷离的光带从南到北横贯天穹，那么恭喜你，你看到的就是银河！在银河的两边你会看到两颗非常明亮的星——没错，它们就是牛郎星和织女星（较亮的一颗是织女星），而银河中还有一颗非常抢眼的亮星，它是天鹅座的天津四，这三颗夏夜最明亮的星构成了夏季大三角，是你认识夏夜星空的基本参考点。
秋季的银河又比较萧索，因为我们此时是面向银河下方，看不到银盘，少有亮星出现，只有南鱼座的北落师门孤零零地闪耀在南方天空。
好了，我们已经对银河完成了走马观花之旅，是时候深入银河，随着先哲的脚步，看看这充满神奇奥秘的光带究竟是怎样一个世界。
还记得瞎子摸象的寓言故事吗？摸到大象耳朵的人说大象像扇子，摸到象鼻子的人说大象像管子，摸到象腿的人说大象像柱子……都是以偏概全。对银河系的认识，也要从多角度去观察。
天才的康德
如果各位还记得2009年那场全球盛事——2009国际天文年的话，那么那场盛事的由头正是人类对银河系最初的试探性研究——400年前伽利略将望远镜指向天空，指向银河，证实了银河是无数恒星大集会的猜想。我们可以看到伽利略的记录中有这样的语句：通过观察，我认识到了银河的本性和构成它的物质……事实上，银河不是别的，而是汇聚成群的无数恒星的大集合。无论把望远镜指向它的什么部位，大量恒星立即进入视野。
如此重大的发现，整个天文界竟无人表示关心。伽利略本人也没有深入探讨这个问题，其他职业天文学家仍专注于太阳系的研究。150年后，银河终于再次作为一个概念出现在人们的视野中，但这次的主人公不是天文学家，而是一位哲学家——伊曼努埃尔·康德。康德的很多天文思想在今天看来，只能用“天才的火花”来形容。早在18世纪中期，在阅读了有关对汤马斯·赖特作品的评论后，康德就提出：银河是恒星组成的盘状物，我们就身处盘中，当沿着盘面看时，我们能看到很多恒星，就是“牛奶路”；当我们冲着盘面以外的方向看时，就只能看到邻近的少数恒星。我们完全没有办法猜测在当时的条件下，康德是如何做出以上正确的推测的。更有甚者，康德与赖特都相信银河中的恒星是围绕一个中心公转的，就好像太阳系的行星是绕太阳公转一样。康德对当时已经观测到的被称为“星云”的天体的判断也惊人的正确，他明确指出有些“星云”其实是位于银河之外类似银河的天体。
音乐家的天文观测
真正跳出太阳系投身到银河系的先驱，也不是职业的天文学家。威廉·赫歇尔作为一名年轻的音乐家和业余天文学家，于1785年根据恒星计数的结果发表了有史以来第一幅银河系结构图。
要说这位令后人敬仰的赫歇尔确实不易，他从1773年开始用自制的望远镜观察星空，1782年获得英王乔治三世的4 000英镑资助，设计建造了当时最大的反射望远镜，在他的亲妹妹卡罗琳·赫歇尔的帮助下，将毕生精力献给了枯燥的恒星计数等天文观测。其子约翰·赫歇尔子承父业，也是一位成就卓著的天文学家。他们两代三人的辛劳凝结为1864年发表的星云总表。
威廉·赫歇尔为了研究银河系的结构，把星空分为若干均匀分布的区域，用望远镜对每个小区域内的恒星都进行仔细的计数工作。这项说来容易做起来难的工作，耗时耗力，无论严冬酷暑，都要坚持不懈地观测星空，对人的恒心和耐力都提出极高的要求。经过十多年的努力，被赫歇尔记录在案的恒星多达十余万颗。他发现越靠近银河所在的平面，恒星的密度越大（亦即单位面积中恒星的数目越多），而垂直于银河平面方向的恒星密度最低。
为了用恒星计数的方法来表示银河系的结构，就不得不面对一直困扰天文学家的难题——距离。赫歇尔对星空的观测中，简单假定恒星都一样亮，这就意味着看到的越暗的星距离地球越遥远。相信看到这里，稍有天文基础的读者立刻会反驳：恒星彼此的光度差异相当大，最亮的恒星发出的光芒要比最暗的亮1万亿倍，所以恒星看起来有多亮并不能说明它们离我们有多远。但只要想想200多年前人类对星空的认知水平以及当时天文学家的观测仪器有多么简陋，我们就不难理解赫歇尔为什么会采用这个没有办法的办法。而事实上，这个看似不合理的假设并没有想象的那么糟糕，因为一方面，全部恒星中绝大部分是本身很暗的恒星，它们对银河的总光度并无太多贡献；另一方面，比太阳明亮得多的恒星，数量极少，对于恒星计数来说意义也不大。总体而言，真正对银河光亮有贡献，对恒星计数有意义的恒星的光度只落在很窄的区间，即太阳光度的10～120倍。
既然假定所有恒星都一样亮并不是致命的错误，那么为什么赫歇尔没能对银河系结构进行正确的描述呢？罪魁祸首不是发光的恒星，而是不发光的气体和尘埃！千万不要认为气体和尘埃是“成事不足败事有余”哟！在赫歇尔观测星空的年代，完全没有星际介质的概念，只能假定恒星间是真空，无论多远距离处恒星发出的光，都可以毫无阻碍地到达地球。现在我们知道，银盘中含有大量的气体和尘埃，会吸收恒星发出的光。所以对星际介质毫不知情的赫歇尔就好像深处雾蒙蒙的庐山之中，永远无法看清整个庐山的真面目。他只能看到周围的一部分情况，自然会以为身处这一小部分的中心，所以赫歇尔错误地把太阳系放在了银河的中心。
赫歇尔所描绘的银河图像中，银河是扁平的盘，太阳位于中心，但盘的边缘呈不规则形，这些对银河定性的描述可谓喜忧参半。但最令赫歇尔遗憾的是他无法对银河进行定量的描述，虽然进行了很多次尝试，可赫歇尔不能确定银河的大小。因为当时的条件下，他不知道任何一颗可见恒星的真实距离。距离，这个我们日常生活中最常用的概念，对于天文学家来说真是要命啊！我们抬头看到的所有恒星，都是它们在天球上的投影，说得更专业一些，就是我们在看到星星的时候已经丧失了关于它们的第三维信息——距离。我们用二维坐标可以完全确定一颗恒星在天球上的位置，但要得到它的距离则远非易事。最简单的例子，同样位于猎户座的两颗明亮的恒星参宿四和参宿七，前者距离地球大约540光年，后者的距离则为910光年。所以要确定恒星的距离，必须找到合适的办法。
可爱又可恨的视差
最先引起注意的是“视差”。由于地球绕太阳公转，在地球上看到恒星的位置应该会随之有些微变化，因为在1月和7月里，我们刚好是从太阳的两侧来观察星空的。而且距离越近的恒星，其视差应该越大。尽管天文学家早已认识到视差可以用来测定恒星的绝对距离，但由于恒星距离地球都太遥远，所以一直以来对视差的测量均以失败告终。今天我们知道，即使距离太阳最近的恒星（半人马座α星），其视差也小得可怜，还不到1度的1/3 600，即1个角秒。精度如此之高的测量对于赫歇尔时代的天文学家来说实在是不可能完成的任务，赫歇尔也只能望星兴叹了。
怎样才能测出哪怕一颗恒星的视差呢？最直白的想法，就是把目光投向最明亮的恒星。既然假定恒星本身光度相差都不大，那么越亮的星应该距离我们越近，其视差也应该越大，越容易测量。可惜事与愿违，对诸如天狼星、大角星、织女星、牛郎星等亮星的视差测量全部失败，要么是根本测不出视差，要么是得到的视差值荒谬至极，是所谓的“一眼假”。17、18世纪曾有天文学家对北极星进行视差测量，结果是北极星距离地球只有0.08光年，还没有逃出太阳系。
东方不亮西方亮，就在天文学家对恒星距离一筹莫展的时候，另一个描述恒星运动的概念为距离的测量指明了出路，它就是恒星的自行。天文学家把恒星横过天空的视运动称为自行，它既能反映恒星横向速度的大小（横向速度越大自行越大)，也能反映恒星的距离（距离越小自行越大）。如果你对自行的概念感到陌生，那么想想坐在动车上的感觉。你会发现遥远的山脉和云团移动缓慢，而铁轨边的树木则在眼前飞驰而过。没错，这就是自行。距离近的树木自行大，距离远的山脉自行小。
于是天文学家把对恒星距离测量的希望从明亮恒星转而投向了自行大的恒星。功夫不负有心人，通过19世纪初几位天文学家对一颗毫不起眼的暗星——天鹅座61的测量，人类终于打开了走出太阳系通往银河的大门。
银河是我们的家园，在地球上肉眼能看到的恒星全部是银河内的恒星，银河是我们唯一可以近距离观测的星系。星系又称宇宙岛或岛宇宙，人类对于星系内部情况的了解，绝大部分都来自对银河系的洞察。但正是由于我们身处银河之中，我们无法（至少在公元2012年以及可以预见的短期未来内）跳出银河回望这个我们生在其中的巨大星系，也就没办法从外部描绘银河的全貌，只能管中窥豹，利用各种探测手段、仪器，尽可能拼凑出银河的整体图像。
费力不讨好
几位里程碑式的人物伫立在勾勒银河景致的坎坷之路上，一马当先的当然是上文提到的赫歇尔家族；紧随其后的则是费力不讨好的雅各布·卡普坦。前文我们说过，对于银河的探索，一直都是“业余”领跑“专业”，无论是哲学家还是音乐家都走在了专业天文学家的前列。荷兰天文学家卡普坦终于打破了这个怪圈，19世纪末20世纪初，卡普坦利用新发明的照相术，以常人无法想象的毅力坚持40年，全身心投入单调的恒星计数工作。说得简单点，卡普坦就是用照相底片重复赫歇尔家族的工作。用照相底片代替人眼，恒星计数的效率大幅提高，最重要的是，天文学家得以测得部分恒星的自行，进而得到这些恒星的绝对距离。于是银河系终于有了定标尺，天文学家终于能够真正开始考虑“银河有多大”这样最基础的问题了。
卡普坦根据40年恒星计数的数据建立了新的银河系模型，但今天看来这个模型显然并不正确。跟赫歇尔一样，卡普坦也没能摆脱太阳系为中心的桎梏，虽然同时代的同行将他的模型命名为“卡普坦的宇宙”，但这个名词更多的是作为反面教材出现在后来的有关银河宇宙大小的辩论中。卡普坦描绘的银河也是一个恒星组成的盘，直径与厚度的比例大约为5∶1。由于卡普坦时代已经可以对一些自行和视差较大的恒星进行绝对距离的测定，因此他在1922年给出银河系的直径为5.5万光年，共有约480亿颗恒星。
虽然卡普坦对银河大小的估计现在看来是过小了，他也没有考虑星际介质对星光的吸收，太阳仍位于银河的中心，但我们应该对自然科学特别是天文学采取一种宽容鼓励的态度——毕竟一个不准确的推测要比完全没有推测好得多！其实在卡普坦的研究过程中，他已经意识到星际气体和尘埃会对星光产生影响，提出了星际红化的概念——遥远的恒星看起来比近距的恒星红，是由于恒星间的气体和尘埃散射吸收波长较短的蓝色光，只有波长较长的红色光能够穿透尘埃被我们接收到。同样的道理可以解释为什么日出日落时太阳呈橙红色。当太阳接近地平线时，由于太阳光要穿过更厚的大气层，蓝光损失更多，所以我们就看到一轮红彤彤的太阳。
另辟蹊径
对卡普坦的宇宙提出挑战的是另一位天文学史上的大人物——哈罗·沙普利（Harlow Shapley）。在第二章中我们还会多次谈到这个人，现在只谈他对测定银河系大小的贡献。如同将目标锁定在亮星上会导致视差测量的失败一样，只关注单个恒星是永远无法得到对银河大小的正确估计的。哈罗·沙普利的成功也源于研究目标的更换。
宇宙中有一类天体，是由几百乃至几十万颗恒星聚集在一起形成的球形结构，我们称它为球状星团。球状星团中恒星的密度极高，一般而言在半径为15光年的范围内，典型的球状星团拥有大约500 000颗恒星。如果以太阳为球心，15光年为半径，那么我们只能在这个范围内找到大约50颗恒星。可想而知球状星团的的确确是恒星的密集集合。沙普利将目光由单个恒星转向球状星团，他通过测量银河众多球状星团内一类特殊恒星（天琴座RR变星，其光度与光变周期有确定的关系，通过测量这类恒星的光变周期就可以得到它的光度，进而求得它的距离，与造父变星很相似，只是天琴座RR变星的光度普遍比造父变星的低，以其最典型代表天琴座RR星命名）的光度，得到这些球状星团距离地球的绝对距离，再结合球状星团在天空中的位置，沙普利就能够为球状星团在银河中的分布勾勒三维图像了。三维啊！上一节我们说过，天文学家最渴望得到的就是天体除了位置以外的第三维信息，因此沙普利的成就堪称石破天惊。
沙普利的球状星团三维分布图像显示，球状星团几乎成球对称分布，球的半径约为300 000光年。由于球状星团在银河内的运动受到万有引力的支配，因此球状星团分布的球心必然与银河中心重合。沙普利意识到，自己找到了银河的中心，也知道了银河的大小！
银河全貌
当然100年前沙普利时代对银河的了解在今天看来实在太粗糙，现在我们对银河全貌的了解可以归纳如下：
在地球上仰望夜空，如果没有受到城市光污染或月光的影响，当肉眼能看到的最暗星等（极限星等）达到5.1等甚至更暗时，我们就可以看到横跨夜空的一条白茫茫的光带，其间点缀着非常明亮的恒星。银河中有我们称为“大裂隙”和“煤袋”的暗黑部分，是遥远的星光被星际尘埃阻挡的结果。
银河的中心位于人马座方向，那里也是银河最明亮的部分。从人马座开始，白茫茫的光带向西经过天蝎座、天坛座、矩尺座、南三角座、半人马座、大犬座、麒麟座、猎户座和双子座、金牛座等星座，直到御夫座。在那里，银河穿过英仙座、室女座、仙后座、仙王座以及蝎虎座、天鹅座、天鹰座等又回到人马座。银河将天球分为几乎相等的两个半球，意味着我们太阳系的位置靠近银道面（即银河所在平面）。银道面与黄道面（地球公转轨道所在平面）的夹角约60°，北银极位于后发座，南银极位于玉夫座。
银河系的直径为100 000～120 000光年，厚度约1.2万光年，包含大约2 000多亿颗恒星。银河系总质量约为太阳质量的1 400亿倍（包括暗物质）。太阳距离银河中心约26 000光年，带着整个太阳系以大约250千米/秒的速度绕银心旋转，每2.5亿年可绕银心一周。
作为旋涡星系，更确切地说是棒旋星系的典型代表，银河系中心是棒状的明亮椭球，称为核球，从棒的两端延伸出明显的旋臂结构，旋臂由气体、尘埃和恒星构成，是旋涡星系（包括棒旋星系）最显著的特征。银河系有几段非常明亮的旋臂，以其所在的星座命名。最亮的就是银心附近的人马臂，我们的太阳位于猎户臂的边缘。所有的旋臂都在银盘所在的平面内。在哈勃星系分类中（见第二章），银河系的类别为SBc，是核球呈棒状，旋臂缠绕比较松散的棒旋星系。直到20世纪90年代，天文学家才开始怀疑银河系不是普通的旋涡星系，而2005年斯皮策空间望远镜的观测结果肯定了银河系棒旋星系的分类。
目前普遍认为银心处存在一个超大质量黑洞，其质量达几百万个太阳质量。天文学家把这个在射电波段发出强烈辐射的天体称为人马座A*，它标志着银心所在位置。
在银盘外面还包裹着称为银晕的结构。为沙普利名震天下的发现立下汗马功劳的球状星团大都分布在银晕中。银晕是界线非常模糊的结构，弥漫在直径达300 000光年的空间内。银晕也还远不是银河系的边界，天文学家通过对银河系旋转曲线（即离银心不同距离处物质的运动速度）的观测，相信在银晕外还有由暗物质构成的被称为暗晕的结构，暗物质才是银河系质量的最大贡献者。
必须提及的是，天文学家认识到星际介质对银盘尤其是银心星光的阻挡（天文上称为消光），便想尽办法穿透迷雾一探究竟。得益于第二次世界大战后很多军用技术转为科研用途，天文学家可以在可见光（人眼能感知的电磁波长范围）之外的波段对银河进行探测。从波长最长的射电波段，到波长最短的伽马射线波段，银河慷慨地向我们展示了它千姿百态的妖娆。
对银河的整体有了粗略的了解之后，让我们俯冲深入银河系内部，去瞧瞧银河里有什么好玩的东西。
首先，我们看看银河系的基本单位——恒星。恒星大体分为两类，天文学家称为星族I和星族II。两类恒星的主要差别是其年龄和化学元素组成。星族I的恒星是年轻的，含有较多的重元素或称金属（天文学上除氢和氦以外的元素都称为金属）。它们利用更老恒星死亡后的产物作为构筑自身的原料，基本都分布在银盘上，因为银盘含有很多气体和尘埃，是新恒星诞生的温床。相应的，星族II的恒星较年老，金属含量极低，集中在银晕和核球处，大多位于球状星团内部，因为那里已经耗尽了恒星形成所需的气体尘埃，不会再有新恒星形成了。
银河中的恒星姿态万千，若想对它们进行全面透彻的了解，不是我们这里的只言片语能做到的。实际上在天文学中，恒星研究是独立的专门分支学科，即恒星天文学，甚至有些天文学家终其一生只对某一类感兴趣的恒星进行细致的研究。现在我们只好从银河的星星之河中选取最典型的代表，用心去想象无法一一尽数的五光十色的恒星世界了。
恒星育儿室
宇宙中最绚丽的景物之一就是被称为“恒星育儿室”的正在形成恒星的星云，它们是恒星形成所需的各种原料的混合体。这些星云的主要成分是氢和氦的分子以及尘埃颗粒，它们可以是直径达几百光年、质量为几百个太阳质量的庞然大物，也可以是准备形成单颗恒星的小球，例如博克球状体。如果没有任何扰动，这些星云可以安静地存在几百万年不发生任何变化，一旦有扰动触发恒星形成，星云就会塌缩分裂。恒星形成后的遗留物质会围绕在新产生的恒星周围，从新星吹出的星风会继续触发更多恒星形成。特别是如果这团星云刚好是更大团星云的一部分，那么这种恒星形成的活动就会一发而不可收，于是整片星云的恒星形成像多米诺骨牌一样发生连锁反应，成为超级恒星育儿室。
博克球状体
体积小、温度低、质量小的博克球状体是很多低质量恒星的诞生地，以其发现者巴特·博克（Bart Bok）的名字命名。20世纪40年代，巴特·博克与赖利（E.F.Reilly）首先将目光投向了这些质量为2～50太阳质量，直径大约为1光年，成分为氢分子、二氧化碳和氦以及少量硅的暗黑宇宙尘埃团上。他们假设这些球状天体与昆虫的茧异曲同工，其内部正经历着最终能够生成恒星和星团的引力塌缩过程。由于当时的天文观测集中在可见光波段，因此很难验证博克和赖利的假设是否正确。直到40多年后的1990年，对博克球状体的近红外波段观测才确认了它们正是孕育恒星的基地。现在博克球状体仍吸引着众多天文学家，由于它们是已知的宇宙中温度最低的天体之一，天文学家对其结构、密度等基本参数仍缺乏足够的了解。
马头星云（IC 434）
即使对天文不那么感兴趣的人，也会在各类媒体特别是网站或者微博上看过这张图片。没错，大名鼎鼎的马头星云绝对是被爱好者拍摄得最多、曝光率最高的天文图片之一。这片黑暗的星云看起来非常像海马的头，或者是国际象棋的骑士棋子。早在1888年，人们就在天文底片上发现了它如此奇特的造型。这个雄起在银河中的黑暗骑士位于猎户座。如果你对星空有一点儿了解，就可以在猎户座三颗代表猎人腰带的最左侧恒星的南边找到它。黑暗的星云是由极端致密、低温的气体和尘埃构成的，直径达16光年，总质量超过300个太阳质量。编号为猎户座σ的高温年轻恒星所发出的辐射与致密的星际介质相互作用，勾勒出马头的形状。
猎户星云
编号为M 42（NGC 1976)，全夜空最明亮也是最著名的星云，位于猎户座猎人腰带下方，肉眼可见，看起来是偏红色的模糊团块。猎户星云的视直径相当于4个满月，实际直径为30光年。如此壮观的大星云只是编号为OMC-1的更大分子云的一部分，如果在紫外波段观测，猎户星云因众多新生恒星发出的辐射显得极其明亮。其中名为猎户四边形的星团是已知的最年轻星团之一。天文学家确信隐藏在猎户星云后面的弥漫的尘埃区是大量原恒星和新生恒星的聚集地。
圆锥星云
编号为NGC 2264，位于麒麟座，是银河系恒星形成最活跃的区域之一。圆锥星云的轮廓也是暗黑致密的分子云和星际物质与近邻新生恒星发出的辐射共同作用的产物。编号同为NGC 2264俗称“圣诞树”的星团就在圆锥星云旁边，圆锥的顶部是一个博克球状体，一颗编号为NGC 2264 IRS的大质量恒星深埋在尘埃和气体中，只能在红外波段观测到它及其周围6颗与太阳质量相当的恒星。
老鹰星云
编号为IC 4703，位于巨蛇座。1995年，哈勃空间望远镜对老鹰星云内被称为“创生柱”的结构特征进行了深入观测，结果显示这些著名的“柱子”是非常致密的星际物质“塔”，内部年轻恒星吹出的猛烈星风都不足以将这些物质吹散。这里同样是新恒星诞生的摇篮，正持续不断地产生更多新的恒星。老鹰星云内部还有编号为M 16的年轻星团，如果在可见光波段观测，则光度大都来自M 16的成员星。
三裂星云
编号为M 20，位于人马座。是已知的最年轻的发射星云之一，因其最早被约翰·赫歇尔发现时呈现三瓣结构，故命名为三裂星云。星云中心有个年龄只有10万年的年轻星团。
RCW 49
位于半人马座，是银河系新星最多产的区域之一。天文学家估计有超过2 200颗恒星聚集在这里。但是由于致密的气体和尘埃的包裹，在可见光波段看不到这些闪亮的恒星。斯皮策空间望远镜升空后在红外波段探测到这里有超过300颗新生的恒星。更妙的是这里的恒星遍布各年龄段，是研究恒星形成演化过程最好的场所。特别是观测发现几颗恒星都具有吸积盘，正是行星形成理论要求存在的结构系统。如此说来，银河系中有可能拥有行星系统的恒星比例并不低，也许我们在宇宙中并没有想象的那么孤独。
焰火星云
编号为NGC 2024或Sh 2-277，是位于猎户座的发射星云，距离900～1 500光年。猎户腰带上最东端的亮星猎户座ξ（Alnitak）发出的强紫外辐射点燃了这个深空中的焰火。大量的电子和氢原子核相互碰撞复合时发出耀眼的光芒。中心黑暗部分是星云前面的气体和尘埃挡住了后面的光亮，焰火星云是猎户大分子云的一部分，包括了前面提到的马头星云。
五颜六色的恒星橙红色星
半人马座比邻星（Proxima Centauri），距离太阳4.22光年，1915年由南非联合天文台台长罗伯特·因内斯发现。由于距离非常近，天文学家得以直接测得这颗恒星的距离和角直径。比邻星的质量只有太阳的1/8，直径也只有太阳的1/7。比邻星是一颗温度较低的主序星，绝对星等只有15.5等，是离地球最近的太阳系外恒星。经过多年观测，目前还没有发现这颗演化到晚期的典型主序星拥有行星的任何迹象。
橙色星
天鹅座61,德国天文学家弗莱德里希·贝塞尔于1838年首次测得这颗恒星的周年视差，是人类第一次精确测得太阳系外恒星的距离。尽管肉眼看来天鹅座61是颗单独的恒星，实际上它是两颗相距很远的橙色（K型）主序星构成的双星系统，称为天鹅座61A和天鹅座61B。较亮的主星天鹅座61A视星等为5.2等，61B更暗，仅为6.1等，二者都是比太阳更年老的老年恒星，距离太阳11光年，列在近距恒星（除太阳外）的第15位。虽然自1942年起，先后有多家天文台宣称有围绕天鹅座61双星的行星，但至今为止没有定论。由于这个双星系统距离太阳非常近，因此多年来它始终是天文学家研究的热点，被美国国家航空航天局（NASA）选为未来“空间红外任务”的一级目标星。天文学家试图通过测量恒星周围的多余红外辐射来确认行星盘的存在。
白色星
天狼星，即大犬座α，是全天除太阳外最亮的恒星。是双星系统，其中主星为一颗主序星，伴星是一颗白矮星。天狼星之所以在地球上看如此明亮，一是因为它的光度为太阳的23倍，本身就比较亮，二是因为它距离地球近，是距离地球第九近的恒星。
蓝白色星
轩辕十四，即狮子座α，是全天第二十五亮星。由于非常靠近黄道，所以经常会发生月掩轩辕十四的天象。它实际上是三合星系统，最亮的成员星是蓝白色的主序星，质量和直径均为太阳的3.5倍，温度高达12 000摄氏度，光度是太阳的140倍。
年老色不衰
红巨星
毕宿五，即金牛座α，是全天第十三亮星。表面温度大约3 700摄氏度，发出红色的光芒，很容易用肉眼看到它。毕宿五是处于老年时期的红巨星，其半径为太阳的45倍，如果毕宿五在太阳的位置，半个水星轨道都会被它吞没。因为毕宿五总是在明亮的昴星团之后升起，因此它的阿拉伯名字就为“追随者”，在古代波斯天文学中标志着春天的到来。
红超巨星
参宿四，即猎户座α，是全天第十亮星。这颗猎户右肩上的极其明亮的红超巨星处于演化晚期，正在耗尽它的核燃料，最终将以超新星的方式结束生命。既然称为红超巨星，参宿四的体积和亮度都异乎寻常的大，它有500个太阳那么大，如果它位于太阳所处的位置，将覆盖两倍火星轨道的距离，其亮度是太阳的14 000倍。
蓝超巨星
船底座η是已知的质量最大的恒星，超过太阳质量的100倍，属于喷发型变星。自1677年被英国天文学家埃德蒙·哈雷（Edmond Halley）发现以来，船底座η的星等从8等变至最亮时的-1等，今天它的亮度大约为6等。1841年，它的亮度超过了天狼星，喷发出的大量物质形成两个瓣状结构。这两瓣物质正以每小时2亿千米的速度向外运动。虽然这颗超大质量恒星没有在这次大喷发中解体，但最终它还是要以超新星的方式结束灿烂而短暂的一生。
行星状星云是低质量恒星在红巨星阶段会向外抛出低密度的气体，在中心星周围形成壳层，因其盘状的外貌而得名，但与“行星”毫无关系。行星状星云的中心是正在演化为白矮星的濒死恒星。因恒星的磁场以及双星的轨道不同，行星状星云是宇宙中最灿烂的花朵，著名的行星状星云有螺旋星云。
螺旋星云（NGC 7293或Caldwell 63），位于宝瓶座。1824年卡尔·哈丁发现了这个别称“上帝之眼”的美丽星云。它是离地球最近的明亮行星状星云之一，距离约700光年。
环状星云（M57或 NGC 6720）
著名的环状星云位于北天的天琴座，是行星状星云的典型代表。位于中心的红巨星正处在通往最终归宿——白矮星的途中，它猛烈的星风吹开了周围的星际物质，形成我们看到的美丽星云。
猫眼星云（NGC 6543或Caldwell 6）
位于天龙座，从结构上看，猫眼星云是最复杂的星云之一。哈勃空间望远镜、钱德拉X射线天文台等大型望远镜都对它做过覆盖各电磁波段的观测，看到许多细节，如节点、喷流、泡状结构等。其中心恒星是1 000年前失去了外层壳层的高温星，也有天文学家提出猫眼星云的中心星可能是双星。猫眼星云距离地球约3 300光年。
蚂蚁星云（Mz 3）
位于矩尺座的年轻双极行星状星云，距离地球约8 000光年。蚂蚁星云最大的特征是明亮的核心和四个独立的瓣状结构，使得它看起来宛如一只大蚂蚁。天文学家对这种奇特结构的解释是Mz 3的中心星是双星，其中一颗子星是巨星，产生了中心处浓密的气体，而另一颗子星是白矮星，为行星状星云的形成提供了电离光子。
爱斯基摩星云（NGC 2392或Caldwell 39）
距离地球约2 870光年，能够用小望远镜在双子座看到它。星云奇特的造型是因为NGC 2392的双极、双壳层结构，1787年威廉·赫歇尔首次发现了它。
汉堡包星云（Gomez’s Hamburger，IRAS 18059-3211）
1985年加拿大的天体摄影师阿图若·高米兹（Arturo Gomez）首次拍摄到这个位于人马座的“汉堡包”。起初人们错误地把它归类为行星状星云，后来更精确的观测表明，汉堡包星云其实是一颗被原行星盘围绕的年轻恒星，它与地球的距离也只有约900光年。
沙漏星云（Mycn 18）
位于南天的苍蝇座，距离地球约8 000光年。酷似沙漏的形状源于膨胀气体云密度的差异，在恒星赤道处气体密度高，而两极则密度低，高速的星风在气体云中向外移动，塑造出星云的奇异外形。
最后的绽放
作为生活在地球上的高级哺乳动物，每个人无论国籍、性别、信仰，都要经历生老病死的过程，今天我们人类的平均寿命大约为70年。在恒星世界中也是如此，每颗恒星自诞生之日起就开始走向最终的死亡。只不过相对于丰富多变、极不可测的人生而言，恒星走向死亡的途径要简约很多，死亡的时间也更加确定。这是为什么呢？原因在于恒星何时以及如何死亡大体上都是由它诞生时的质量决定的。这一点与我们人类就大大不同了。从来没有任何研究表明人类的寿命以及离世的方式与这个人出生时的体重有关。但对恒星来说，质量就是一切。总体说来，质量小的恒星寿命长，质量大的恒星寿命短。以我们的太阳为基准，太阳的寿命大约为100亿年，如果一颗恒星的质量为10个太阳质量，那么它的寿命仅有几千万年。这是因为恒星的质量决定了其内部进行核聚变反应的速度，质量越大的恒星，燃烧核燃料的速度越快，寿命也就越短。大质量恒星就好像是挥金如土的“富二代”，虽然出生时拥有的金钱很多，但因为挥霍的速度太快，所以不久就用光了所有的财富；而小质量恒星则是精打细算的“小白领”，虽然出生时拥有不多，但细水长流反倒能维持更久的寿命。当然这是“仁者见仁、智者见智”的事。就好比有人觉得生命无所谓短长，活要活得精彩，死也要死得壮烈；有的人则认为谨小慎微、长命百岁是最高追求。
白矮星
诞生时质量不同的恒星经历的死亡过程也差别极大。恒星的最终归宿有三种：白矮星、中子星和黑洞。一般质量小于3倍太阳质量的恒星，其命运与我们的太阳一样，在燃烧掉氢和氦原料后变为白矮星。白矮星是密度很大、体积很小的死亡的恒星，一颗太阳质量的白矮星体积仅与地球相当。由于白矮星内不再进行核聚变反应，是靠向外的电子简并压力来抵抗向内的引力塌缩，因此，存在一个质量上限即钱德拉塞卡极限，为1.4太阳质量。超过这个质量极限的白矮星，电子简并压力就抵挡不过引力塌缩，会以Ia型超新星的形式爆发。稍有天文常识的读者可能会想到全天最亮星天狼星的伴星，是的，天狼B星确实是一颗白矮星，但它并不是第一颗被发现的白矮星。1783年，天文学家威廉·赫歇尔发现了三合星系统波江座40的子星B和C。这个三合星系统的主星（即波江座40A）被由B星和C星构成的双星系统绕转，其中的波江座40B B就是一颗白矮星。
中子星与黑洞
如果恒星的质量大于三倍太阳质量，那么它会以中子星或黑洞的形式结束生命。在恒星一层一层陆续耗尽核燃料后，会以极其壮美的超新星形式爆发。如果爆发后残留下来的恒星核质量大于3倍太阳质量，就会形成中子星。中子星就是在恒星生命最后阶段，为了抵抗恒星向内塌缩的力量，全部电子都被压缩进原子核，整个恒星只有中子这一种成分，是密度比白矮星更大，体积比白矮星更小的天体。典型的中子星半径只有12千米，相当于太阳半径的1/60 000。大质量恒星会以II型超新星的形式爆发，由于角动量守恒，中子星形成时自转的速度非常快。就好像花样滑冰运动员把伸展的双臂收回时，旋转的速度会越来越快，中子星诞生时由于星体直径减小，旋转的速度也随之加快。长远看来，中子星的自转速度会越来越慢。
观测发现中子星会非常规律地发出射电波段和X射线波段的“脉冲”，这是在中子星南北磁极附近的粒子加速造成的。这些加速粒子会形成指向特别精准的射电辐射束。当中子星的磁极扫过远处观测者的视线时，就看到中子星发出的“脉冲”。因为脉冲出现的频率与中子星自转的周期一致，因此脉冲是极其规律的，甚至比地球上的很多人造钟表都更精确。发射脉冲的中子星也被称为脉冲星。已发现的脉冲星自转周期介于零点几毫秒至30秒之间。
如果爆炸后的残骸质量更大，超过3倍太阳质量，那么恒星最终会演化为黑洞。
超新星遗迹
无论是白矮星吸积周围伴星的物质而产生的Ia型超新星爆发，还是大质量恒星的II型超新星爆发，超新星爆发确实是宇宙中的大事，是我们宇宙岛之旅的一抹“亮色”。著名的船底座超新星大约在11 000～12 300年前爆发，天文学家估计在它爆发最亮的阶段，从地球上看，其亮度会超过月球，成为夜空中最亮的天体。它的前身是一颗大质量恒星，爆发留下的残骸成为一颗中子星，每秒钟自转11次。船底座星云（Carina nebula）的编号为NGC 3372。
著名的超新星遗迹还有第谷超新星、船帆座超新星和仙后座超新星等。
疏散星团
昴星团（M 45，NGC 1435）位于金牛座的昴星团（也称七姐妹星团）是夜空中肉眼能够看到的最醒目的疏散星团。疏散星团是指几百颗诞生自同一块巨分子云的恒星构成的系统。团内恒星的年龄基本相同，依靠彼此的引力作用松散地束缚在一起，星团几亿年后就会解体。银河系中有大约1 000个疏散星团。人类对昴星团的观测历史悠远，不同的文化对昴星团也有着不同的理解。希腊神话中把七颗星视为巨人阿特拉斯（Atlas）和仙女佩雷欧内（Pleione）的七个女儿。因为猎人欧瑞恩（Orien）的追赶，被天神宙斯变为七只鸽子飞上了天庭。
昴星团附近还有著名的“鬼脸”星团IC 349，也称昴宿星云，是因受到恒星昴宿五强烈的射电辐射正在解体的星际云。
蝴蝶星团（M 6，NGC 6405）
位于天蝎座的疏散星团，因外形与蝴蝶类似而得名。虽然一般认为1654年天文学家乔万尼·侯狄尔纳是第一个记录M 6的天文学家，但很有可能早在公元1世纪，托勒密在观测M 6的近邻M 7（托勒密星团）时就已经用肉眼看到过它了。蝴蝶星团的成员大都是亮蓝色B型年轻恒星，但其最亮的成员星却是一颗橙红色的K型巨星，天蝎座BM。这颗橙红色的巨星与其周围明亮的蓝色邻居形成鲜明的对比。蝴蝶星团与地球的距离在不同时代是变化的，大致的平均距离为1 600光年，累积视星等约为4.2等。
毕星团（Caldwell 41，Melotte 25或Collinder 50）是距离太阳系最近的疏散星团之一，也是天文学家研究得最详尽的星团之一。综合依巴古卫星、哈勃空间望远镜和远红外波段的颜色星等数据，天文学家测得毕星团到地球的距离约为153光年。从地球上看，毕星团位于金牛座，年龄大约为6.25亿年。
蜂巢星团（M 44，NGC 2632或Cr 189）位于巨蟹座的疏散星团，也是距离太阳系最近的疏散星团之一，成员星数目比大多数近距星团的都多。在暗黑的夜空里，肉眼看起来蜂巢星团呈现模糊的星云状，因此自远古时代，我们的先祖就一直注视着蜂巢星团。M 44距离地球520～610光年，年龄约6亿年，与毕星团几乎同龄。对于北半球的人们来说，每年的2月到5月，当巨蟹座高挂在夜空里时是我们观测蜂巢星团的好时机，最好带上你的双筒望远镜，或者使用低倍放大率的天文望远镜进行观测。
珠宝盒星团（NGC 4755或 Caldwell94）
这是位于南十字座的疏散星团。1751至1752年，尼古拉斯·拉凯利（Nicolas Louis de Lacaille）在南非首次记录了这个最美丽的星团。珠宝盒星团是已知的最年轻星团之一，年龄仅约1 400万年。距离地球约6 400光年，视星等为4.2等。约翰·赫歇尔曾将这个星团描绘为“装满五彩宝石的小盒子”，这也是星团名字的由来。明亮的橙色星是南十字座κ，是正处在红超巨星阶段的大质量恒星。如果你在南半球，肉眼就可以看到珠宝盒星团，只是整个星团看起来跟一颗恒星差不多。因为它与南十字座最东端的亮星（南十字座β，十字架三）相邻，因此很容易在南半球找到它。
球状星团
欧米茄星团（NGC 5139）位于半人马座，是埃德蒙·哈雷在1677年发现的，当时把它描述为一团星云。早在2 000年前的托勒密时代，欧米茄星团就作为一颗亮星被记录下来。直到19世纪30年代才由约翰·赫歇尔正名为球状星团。这个绕着银河中心运动的星团是已知的最亮最大的球状星团。放眼本星系群，欧米茄星团也仅仅略逊于仙女座的Mayall II。由于欧米茄如此与众不同，天文学家认为它的起源与其他球状星团不一样。欧米茄星团距离地球约15 800光年，拥有几百万颗年老的成员星，年龄约为120亿年。NGC 5139是少数几个肉眼可见的球状星团，看起来与满月的大小相当。
武仙座大星团（M 13或NGC 6205）是个拥有大约300 000个成员星的大球状星团，埃德蒙·哈雷于1714年发现了这个视星等为5.8等，刚好能在非常晴朗的夜晚被肉眼看到的星团。M 13距离地球约25 100光年。值得一提的是，1974年从阿雷西博射电望远镜向地球外传送的人类信息就是发往这个遥远的天体的。正是由于武仙座球状星团的成员星数目高达几十万，其拥有行星的概率也更高。当然我们从来不曾真的期待发往武仙座星团的信息能够得到那里可能存在的智慧生命的回复，但这种美好的向往是人类最珍贵的希冀。
杜鹃座47（NGC 104或C106）位于杜鹃座，是肉眼可见的球状星团，距离地球大约16 700光年，视星等约4.9等。由于只能在南半球观测，因此直到1751年才由尼古拉斯·拉凯利发现这个看起来跟满月差不多大小的球状星团。杜鹃座47是全天第二亮的球状星团，仅次于欧米茄星团。它特别明亮致密的核心以及包含几百万个成员星的“大块头”一直吸引着天文学家和天文爱好者的目光。由于成员星数目众多，天文学家一直期待能够在杜鹃座47找到系外行星。但大大小小的望远镜搜寻结果均以失败告终，对此天文学家的解释是，一定的金属丰度对行星形成的影响比恒星的密集度更为重要。
天文学家已经在杜鹃座47中观测到几百个X射线源，几十个毫秒脉冲星，甚至有证据显示其内部有可能存在黑洞。这一切都使得这个球状星团一直是天文学家钟爱的目标天体。
梅西叶天体M 4（NGC 6121) 是位于天蝎座的球状星团，1746年由菲利普·切思奥克斯（Philippe Loys de Chéseaux）发现。是第一个分辨出单个成员星的球状星团。即使在最小口径的望远镜里，M 4也是个耀眼的模糊光球，大小跟满月差不多。在天蝎座的最亮星心宿二（Antares）西边1.3度处，就可以找到它，M 4是最容易找到的球状星团之一。如果你有中等口径的望远镜，就可以分辨出M 4内最亮（大约10.8等）的成员星了。M 4距离地球约7200光年，视星等约5.9等。
天边飘过的云
北美的鹈鹕（NGC 7 000或C 20）位于天鹅座的北美星云看起来有四个满月那么大，但因为它的表面亮度很低，所以基本上不可能用肉眼看到。在足够暗黑的夜空里，用双筒望远镜或者大视场望远镜（3°左右）观看，北美星云是一团模糊的亮光。如果采用Hα 滤光片，可以在底片上得到北美星云红色的轮廓。北美星云和附近的鹈鹕星云(IC 5070)实际上是同一片电离氢区，位于地球和这片发光的星际物质云之间的尘埃遮挡了部分星光，因此我们才在地球上看到了这片样貌啧啧称奇的“北美大陆”和美丽的鹈鹕。这一大片星云的距离和大小都不确定，导致星云电离发光的“元凶”恒星也不能确认。如果“元凶”是天鹅座的最亮星天津四（Deneb）的话，这片星云距离地球约为1 800光年，实际的大小约为100光年。1786年威廉·赫歇尔在英格兰第一次发现了这片天空的“北美大陆”。
天使的面纱位于天鹅座的一片高温电离气体尘埃云，构成了天鹅座环（Cygnus Loop）的可见光部分（射电源W 78和Sharpless 103），是暗弱巨大的超新星遗迹。大约5 000～8 000年前一颗超新星爆发，自那时起它的遗迹就一直在膨胀，今天我们看到它的视直径大约为3度，相当于六个满月直径。这块“面纱”的距离不大确定，远紫外探测器（Far Ultraviolet Spectroscopic Explorer，FUSE）给出的数据约为1 470光年。面纱星云也是全天最大最亮的X射线源之一。
天堂美食大龙虾（M17或 NGC 6618）位于人马座的这块氢电离氢区有几个别名，欧米茄星云、天鹅星云和龙虾星云指的都是它。1745年菲利普·切斯奥克斯首先发现了位于银河恒星密集处的M 17。龙虾星云距离地球约5 000～6 000光年，是我们银河系内最亮、质量最大的恒星形成区。
天上的加州位于英仙座，因其外形酷似美国的加利福尼亚州地形而得名，是发射星云。虽然加州星云占据长达2.5°的天区，但因为表面亮度极低，所以很难在光学波段观测到。在暗黑的夜空里，用Hβ(电离氢线，波长为486 纳米)滤光片在大视场望远镜里可以看到它。距离地球约1 000光年，1884年由E.E.伯纳德（E.E.Barnard）发现。
图书在版编目（CIP）数据
穿梭宇宙岛/陈东妮编著.--北京：人民邮电出版社，2013.5
（到宇宙去旅行）
ISBN 978-7-115-31247-1
Ⅰ．①穿… Ⅱ．①陈… Ⅲ．①宇宙－青年读物②宇宙－少年读物 Ⅳ．①P159-49
中国版本图书馆CIP数据核字（2013）第043210号
内容提要
本书通过引人入胜的叙述和大幅壮观震撼的精美图片，介绍了河外星系的基本概况，引出宇宙学的最新成果，带领读者走出银河系，去发现地外文明。
到宇宙去旅行
穿梭宇宙岛
◆策划 李元
编著 陈冬妮
责任编辑 毕颖
◆人民邮电出版社出版发行 北京市崇文区夕照寺街14号
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北京捷迅佳彩印刷有限公司印刷
◆开本：700×1000 1/16
印张：14.25 2013年5月第1版
字数：212千字 2013年5月北京第1次印刷
ISBN 978-7-115-31247-1
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