在茫茫的宇宙中，和銀河系同一等級(jí)的恒星系統(tǒng)即星系何止千千萬(wàn)萬(wàn)，但從外觀形態(tài)上看，則可歸結(jié)為三大類型：扁率各不相同的橢圓星系；形同水中旋渦、具有兩條或更多條螺線狀“旋臂”的旋渦星系；形狀不定的不規(guī)則星系。人類所在的銀河系是屬于標(biāo)準(zhǔn)的旋渦星系。自1845年羅斯在觀測(cè)獵犬座星系M51時(shí)發(fā)現(xiàn)旋渦星系存在以來(lái)，其神秘而壯觀的旋臂結(jié)構(gòu)起源之謎，一直令天文學(xué)家浮想聯(lián)翩，夜不能寐。進(jìn)一步的觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，旋臂都在恒星富集之處，主要成員大都是明亮的年輕恒星，以及由之產(chǎn)生的稠密氣體——塵埃云，其中有許多電離狀態(tài)的氫云（即電離氫區(qū)）。新的恒星以特別高的速率在旋臂處生成，堪稱恒星的搖籃。

如何合理地解釋星系旋臂的形成呢？種種假說(shuō)應(yīng)運(yùn)而生。林德布拉德在1942年首創(chuàng)“密度波”概念，并在1964年被林家翹等人所發(fā)展。如果整個(gè)星系猶如鐵餅或老式留聲機(jī)唱片那樣的剛體在旋轉(zhuǎn)，則上面的螺旋花紋的可經(jīng)久不變便不會(huì)讓人吃驚了。但星系是由幾十億乃至幾千億顆恒星構(gòu)成的，此外還有大量的星際氣體和塵埃物質(zhì)。當(dāng)它們環(huán)繞星系中心作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，離中心越近旋轉(zhuǎn)周期就越短，即角速度越大。按理旋臂應(yīng)該越纏越緊，最后纏卷成一團(tuán)，最終使旋臂消失殆盡�？芍两裆形从^測(cè)到這種現(xiàn)象。有人認(rèn)為維持旋渦結(jié)構(gòu)的力量來(lái)自星際磁場(chǎng)，但觀測(cè)和演算結(jié)果都顯示磁場(chǎng)強(qiáng)度不足以維持這種奇特的結(jié)構(gòu)。那么是什么機(jī)制形成這種花樣的呢？出身于海軍軍官家庭的林德布拉德，在苦苦思索多少年之后，有一天忽然想到了大海里的水波。

1942年的歐洲，戰(zhàn)云密布。斯大林格勒大血戰(zhàn)正在進(jìn)行，這是一場(chǎng)關(guān)系到歐洲和人類命運(yùn)的大搏斗。憂心忡忡的林德布拉德迎著晨風(fēng)，在波羅的海西岸著名的海港斯德哥爾摩的海灘上漫步，身后留下了一串腳印。他在苦苦地思索：歐洲被卷入了戰(zhàn)爭(zhēng)的可怕旋渦，那是希特勒納粹德國(guó)造成的；那星系的旋渦又是什么原因造成的呢？不久前有人說(shuō)，這得去問(wèn)上帝。但如果什么都去問(wèn)上帝，那還要科學(xué)家干什么？最近有人將之歸因于星系磁場(chǎng)，恒星就像磁場(chǎng)里的鐵粉呈花紋狀排列。如果真的如此，星系磁場(chǎng)強(qiáng)度則大得不可思議，顯然同觀測(cè)結(jié)果不符。那么到底是什么原因呢？一群海鷗掠過(guò)水面，激起了無(wú)數(shù)漣漪�！芭叮�水波！水波！”他驚奇地大聲喊道�！拔铱嗫嗨妓髁硕嗄�，怎么沒(méi)有想到水波呢？！”他拍了拍自己的腦袋，喃喃自語(yǔ)，思潮起伏。

星系旋臂結(jié)構(gòu)形成的著名假說(shuō)——“密度波理論”誕生了。類比方法使林德布拉德驀然開竅：如果把星系比作流體而不是剛體，把星系里的無(wú)數(shù)恒星比作旋渦運(yùn)動(dòng)的水分子，那旋臂結(jié)構(gòu)可以看成是種流體波，即密度波或壓縮波。旋臂并非剛性的物質(zhì)臂，而是由于路經(jīng)這些區(qū)域的恒星和星際氣體以及塵埃因引力作用而密集，密度加大而速度減慢，過(guò)了旋臂則因密度減小而加快了速度。旋臂中的“居民”不是一成不變的，而是川流不息的。這就解釋了星系旋臂不產(chǎn)生纏繞的原因。

當(dāng)他從海邊回來(lái)時(shí)，路上碰到一隊(duì)修路工人正在翻修因空襲而被破壞的路面，行人和汽車行至此處都因交通擁擠而不得不放慢速度。這更進(jìn)一步證實(shí)了他的想法。作為類比，狹窄地帶的交通狀況不就是旋臂形成的狀況嗎？！他如夢(mèng)初醒，匆匆趕回書房，奮筆疾書起來(lái)。海風(fēng)從窗口徐徐吹來(lái)，窗外是朝陽(yáng)輝照著的變幻的大海。海的那邊就是古時(shí)候的哥尼斯堡，雖然看不見(jiàn)，但他卻聽到了曾經(jīng)生活在那里的先哲康德的一句名言：“每當(dāng)理智缺乏可靠論證的思路時(shí)，類比這個(gè)方法往往能指引我們前進(jìn)�！�

斯德哥爾摩的名稱由stock（木棒）和holm（島）組成。當(dāng)?shù)貍髡f(shuō)古時(shí)候梅拉倫湖上漂浮著一根木頭，引導(dǎo)來(lái)自錫格蒂納的第一批移民至此建立城市。類比法也是這樣一根神奇的浮木，使林德布拉德終于找到了解開星系旋臂秘密的答案。

特征標(biāo)記方法指引發(fā)現(xiàn)新的“量天尺”

1920年，林德布拉德在烏普薩拉大學(xué)通過(guò)了博士學(xué)位答辯，他以論文“應(yīng)用輻射轉(zhuǎn)移理論解釋太陽(yáng)臨邊昏暗”令學(xué)術(shù)界矚目。自此，他的命運(yùn)的太陽(yáng)也在冉冉升起。比海洋更浩瀚的是天空。如果說(shuō)他的父親一輩子都在大海里游弋，則林德布拉德從小就立志要在無(wú)垠的星海里飛翔。他深受家庭熏陶，但卻未繼承父業(yè)。他驚嘆天文學(xué)在航海中的“導(dǎo)航”作用，自己竟然會(huì)迷上了星星。畢業(yè)后他被派往美國(guó)利克天文臺(tái)和威爾遜天文臺(tái)從事考察和研究，那里良好的條件使他的才華得到施展。在兩年不到的時(shí)間里，他找到了確定暗弱恒星光度的一種新的分光光度標(biāo)準(zhǔn)，從而找到了確定天體離地球距離的新的“量天尺”。天文學(xué)家多年望而生畏的難題，一朝解決。其重要原因在于林德布拉德勤于思考，立意新穎。具體地說(shuō)，正是特征標(biāo)記法的思路引導(dǎo)他巧妙地走出了使人望而生畏的沼澤之地。

“梁國(guó)雖好，不是久戀之家。”林德布拉德深知他的根和他的事業(yè)都在祖國(guó)。1922年回國(guó)后，他擔(dān)任烏普薩拉大學(xué)天文臺(tái)臺(tái)長(zhǎng)貝里斯特朗的助理，繼續(xù)從事對(duì)暗星光度的巡天觀測(cè)，這一研究領(lǐng)域最終形成了林氏學(xué)派。

對(duì)遙遠(yuǎn)的天體輻射到地球的星光進(jìn)行光譜分析以測(cè)量其光度強(qiáng)弱，在天文學(xué)上被稱為“分光光度測(cè)量”。作為研究天體物理性質(zhì)的重要方法之一，它得益于19世紀(jì)末以后照相術(shù)、分光術(shù)和測(cè)光術(shù)的發(fā)展，另外還憑借有一定光譜分辨率的儀器，如各類恒星攝譜儀、光電分光光度計(jì)等。林德布拉德當(dāng)時(shí)在烏普薩拉大學(xué)天文臺(tái)用的是各種攝譜儀中最簡(jiǎn)單的一種：在天體照相儀的物鏡前加上一塊用以分解光譜的棱鏡，然后用照相機(jī)把光譜拍攝下來(lái)進(jìn)行比較和測(cè)算，這比用肉眼觀測(cè)和記憶強(qiáng)多了。儀器雖談不上先進(jìn)，但采用的方法卻很新穎，一舉可測(cè)出幾千顆暗星的距離，他因此一鳴驚人。

在林德布拉德之前，柯舒特和亞當(dāng)斯已發(fā)現(xiàn)同一種光譜型的恒星（如光度較弱的矮星和光度較強(qiáng)的巨星）大多譜線強(qiáng)度一樣，但也有某些譜

于同一譜線在金牛座α星的光譜強(qiáng)度，而同時(shí)SrⅡ4216 線卻正好相反。如能找到這些特殊譜線并配對(duì)，估計(jì)其強(qiáng)度差就可求出待定恒星的光度。林德布拉德執(zhí)意要找到這種特征譜線。他終于發(fā)現(xiàn)，在巨星和矮星中氰分子（CN）吸收帶強(qiáng)度差別顯著，以這種強(qiáng)度差為橫坐標(biāo)，光度（絕對(duì)星等）為縱坐標(biāo)，可得到一光滑曲線（歸算曲線），就能迅速推知未知距離恒星的實(shí)際光度。他的方法遠(yuǎn)勝于前人，因?yàn)檫@種譜線即使在很低色散的光譜中也是明顯可見(jiàn)的。因此林氏方法很快成為天文學(xué)界普遍采用的新的“量天尺”。因?yàn)闇y(cè)得光度就可推算離地球的實(shí)際距離，宇宙鴻溝被填平了！

特征分類方法揭示銀河系有次系統(tǒng)

銀河系的恒星約有1011量級(jí)的個(gè)數(shù)，它們自由自在的邀游決不是雜亂無(wú)序的。早在20世紀(jì)20年代，林德布拉德就提出星系繞自己的中心旋轉(zhuǎn)的理論。但是從表面上來(lái)看，恒星運(yùn)動(dòng)并不是對(duì)稱性的，幾乎同共同的繞轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)相矛盾。進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)后發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于太陽(yáng)空間速度越大的恒星（高速星）越是強(qiáng)烈趨向于空間某一區(qū)域，好像那里是宇宙旋渦的中心似的。例如，速度大于100公里/秒的恒星，一致趨向銀經(jīng)175°～365°天區(qū)，仿佛是急急忙忙要到那里赴宴似的。早在1895年，荷蘭的卡普坦就發(fā)現(xiàn)恒星空間運(yùn)動(dòng)的方向分布既不是隨機(jī)任意的，又不是對(duì)稱的。他進(jìn)一步研究后發(fā)現(xiàn)了所謂“二星流”特異現(xiàn)象。恒星相對(duì)太陽(yáng)系有兩個(gè)集中運(yùn)動(dòng)方向，即扣除太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)效應(yīng)外，銀河系所有恒星都分成兩派，“騎墻派”和“第三條道路”并不存在�！岸�星流”的發(fā)現(xiàn)一時(shí)轟動(dòng)了天文學(xué)界，引起軒然大波，也強(qiáng)有力地推動(dòng)了學(xué)界精英紛紛投身研究。那“二星流”的本質(zhì)又是什么呢？

林德布拉德是第一個(gè)系統(tǒng)建立銀河系自轉(zhuǎn)理論的人。他認(rèn)為“二星流”是由銀河系自轉(zhuǎn)效應(yīng)引起的。為了解釋恒星運(yùn)動(dòng)的不對(duì)稱性，林德布拉德進(jìn)而提出了銀河系存在空間運(yùn)動(dòng)、空間分布和物理特性方面互有區(qū)別的“次系”。不同的次系有一些互相混雜，但按特征不同仍可以分為三類：一類是扁平次系，高度集聚于鐵餅狀的銀道面兩旁，形成扁平形狀的恒星系統(tǒng)，大都是早型恒星如O型星次系、B型星次系、經(jīng)典造父型變星次系和銀河星團(tuán)次系等。另一類是球狀次系，以銀河系中心為集聚點(diǎn)，形成球狀系統(tǒng)，如天琴座RR型變星次系、亞矮星次系和球狀星團(tuán)次系等。最后一類是中介次系，介于扁狀與球狀之間。林德布拉德按照恒星的空間分布和運(yùn)動(dòng)特征對(duì)它們加以分類，并指出存在高速星和低速星的原因在于運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性效應(yīng)。因?yàn)樘��?yáng)以250公里/秒左右的速度繞銀河系的軸心（銀心）運(yùn)動(dòng)時(shí)，那些相對(duì)于整體銀河系幾乎是靜止的球狀次系就顯示出高速的表觀現(xiàn)象，而與太陽(yáng)差不多速度的就表現(xiàn)為低速星現(xiàn)象。次系實(shí)際上就是星族，即星星的不同“種族”，就像地球上有黃種人、白種人和黑種人等一樣。

林德布拉德的星系自轉(zhuǎn)理論和次系概念簡(jiǎn)潔明了地解開了貌似復(fù)雜的恒星運(yùn)動(dòng)之謎，使之得到自洽的解釋。根據(jù)事物的特征而分類，根據(jù)已有的共同特征去外推可能的對(duì)應(yīng)特征，往往會(huì)使思維在困境中產(chǎn)生跳躍。