从哥白尼到牛顿再到爱因斯坦，人们的宇宙观不断地发生着飞跃。与这个进程同时发生的，还有满足我们好奇心的那些观测设备的不断升级换代。最初我们只有自己的眼睛，后来有了口径比较小的折射式望远镜，再后来又有了口径越来越大的反射式望远镜。

　　从伽利略到当时世界上最大的利维坦望远镜

　　人类的瞳孔直径，在黑暗的环境中完全舒展时也只有9毫米，加上最适合观星的其他自然环境条件，就达到了无工具观测能力的极限。最早期的望远镜，如伽利略使用的那种，对这种极限的提升幅度并不大：伽利略自己制造的第一架望远镜口径只有15毫米。

　　但是，增加了的口径毕竟带来了更大的通光面积，从而可以收集到更多的星光送入人眼。到了17世纪晚期，无论是折射望远镜还是反射望远镜，其口径都已经能够超过人类手掌的大小，开始广泛被天文学家使用。这些望远镜收集光线的能力已经大大增加，因此能够把许多更暗弱、更遥远的天体呈现在人们眼前。

　　人们在这样的视野中，辨认出许多具有明显的延展面、呈云雾状的“深空天体”（deep-sky object），而且发现它们的位置相对于其他恒星是固定的，从来不会改变。这类天体被宽泛地称作“星云”（nebula）。

　　但当历史从18世纪走进19世纪后，随着望远镜的口径变得更加巨大，分辨能力更强，人们开始发现这些“星云”中有很大一部分具有更加精细的视觉结构。比如，赫歇尔在1781年发现了天王星之后，名声大噪，收到的热心资助数额之大已经超乎预期，于是建造了著名的“四十英尺大望远镜”，其口径达到48英寸（约1.2米）。

　　而1845年由贵族帕森斯（Parsons）修建在自家城堡的望远镜“利维坦” （Leviathan）的口径更是达到72英寸（约1.8米）。这些巨镜的观测成果，不但把已知的云雾状天体的数量从一百来个增加到了数千个，还让人们得以给这些天体划分出多种类型。

　　早期人们对星团和星系的观测

　　在这些巨镜中，深空天体不再只是一种位置固定的暗云状小目标，而是呈现出了精细、丰富的形态特点。比如，有些“星云”是几百颗或几千颗聚集在一起、几乎可以逐颗看清的恒星（即“疏散星团” ），其中明亮的蓝色恒星居多，经常（但不总是）伴有很多的云气或尘埃，这类天体通常位于离银河系的盘面不远的位置上。

　　还有些“星云”呈一个圆球状，其边缘显得稀疏弥散，可辨认出单颗的恒星，但越靠近中心处光亮越密集，无法再分辨（即“球状星团”）。在很长一个时期内，人们仍然无法把每个球状星团都分解为恒星，但是依靠着不断增加的望远镜口径及其集光能力，人们足以断定球状星团的规模比疏散星团大得多——球状星团通常含有数百万、上千万颗成员星。比起疏散星团的分布，球状星团在天空中的位置分布也更具任意性，即便在远离银河盘面的天区也有不少。

　　根据当时的天文技术，人们已经能认定，无论是疏散星团还是球状星团，离我们都不超过10万光年，也就是说，它们都没有跑出银河的周边区域。

　　但是，还有其他一些具有视觉延展面的“星云”是无法被辨认为星团的。如行星状星云、超新星遗迹这两种最为绮丽壮阔的深空天体（有些超新星遗迹甚至可以与史书中记载的超新星爆发事件对应起来！如金牛座的蟹状星云，即梅西耶目录中的M1，就被认定是公元 1054年人们看到的超新星遗留下来的）。

　　还有的星云显示出缤纷的颜色，如红色的区域对应于离子气体，对应着正在孕育恒星的区域，而蓝色的区域对应于中性的气体，反射着由新诞生的恒星发出的蓝色光。声名赫赫的“猎户座大星云” （M 42）就是同时含有这两类区域的一个典型例子。

　　另外，“星云”的家族中还有一些椭圆形的“怪物”，即使是世界上最强有力的望远镜，也看不出它们的成员星和内部结构。另外，还有一些“星云”可以辨认出很有特色的螺旋状内部结构，这种现象也找不到合理的解释。

　　最早被发现具有这种螺旋状结构的“星云”是M51（今称“旋涡星系”）：72英寸口径巨镜“利维坦”的主人，也就是拥有“罗斯伯爵”封号的帕森斯在1845年通过这台望远镜看到了这种结构，当时他为这个天体画下的素描如今也已成为天文史上的经典图像。

　　很快，人们又发现了另外14个拥有螺旋状结构的“星云”（例如M101，今称“风车星系”），但这种螺旋形状是如何形成的依然是个谜。今天我们知道这些“星云”其实是银河系之外的其他星系，但当时的人则根本没有“星系”的概念。

　　顺便说一下，在地球的夜空中，能看到的最大的螺旋状星系是“仙女座大星云”即 M31，不过它跟同类的其他一些天体有一点不同：有些同类天体只要盘面不是侧对着我们，就可以通过口径够大的望远镜看到它们的螺旋状结构，但M31的内部结构得以被揭示是离不开天文照相术的发展的。

　　人类历史上第一张星系照片

　　在照相术被用于天文之前，人们对天体做了光学观察之后只能用素描来记录其形象，所以早期的天文学家要想更好地和同行们分享自己的发现，通常也得是个“画家”。着手改变这一局面的，是一位业余天文学家罗伯茨（Isaac Roberts），他率先将照相设备接在望远镜之后，尝试拍摄了一批深空天体即“星云”的照片。

　　1888年，他发布了他的代表作，拍摄的对象就是M31。在这张充满魅力的照片中，可以看到这个天体有着与许多其他“星云”类似的螺旋状结构。但是，就连罗伯茨自己也不可能意识到，这就是人类拍摄的第一张星系照片。而这一张照片从此就改变了人类的天文学发展。