仙女座星系是位于仙女星座的巨型旋涡星系，天球坐标是赤经Oh40mO，赤纬+41°00′（1950.0）。视星等mv为3.5等，肉眼望去状如暗弱的椭圆小光斑。在照片上呈现为倾角77°的sb型星系，大小是160′×40′，从亮核伸展出两条细而紧的旋臂，范围可达245′×75′。1786年将它列入能分解为恒星的星云，1924年确认为银河系之外的恒星系统。现在测定它的距离为220万光年（670千秒差距），直径是16万光年（50秒差距），为银河系的一倍，是本星系群中最大的一个。近年来发现，仙女座星系成员的重元素含量从外围向中心逐渐增加。1914年探知它有自转运动。据目前估计，仙女星系的质量不小于3.1×1011个太阳质量，是本星系群中质量最大的一个。
仙女星系中心有一个类星核心，绝对星等Mv＝-11，直径只有25光年（8秒差距），质量相当于107个太阳，即一立方秒差距内聚集1500个恒星。类星核心的红外辐射很强，约等于银河系整个核心区的辐射。但那里的射电却只有银心射电的1/20。仙女星系有两个矮伴星系——NGC221（M32）和NGC205，按形态分类分别为E2和E5P。在本星系群中，仙女星系还和其他星系构成所谓仙女星系次群。
旋涡星系又叫旋涡星云，是旋涡形状的河外星系。旋涡星系的中心区为透镜状，周围围绕着扁平的圆盘。从隆起的核心球两端延伸出若干条螺线状旋臂，叠加在星系盘上。旋涡星系可以分正常旋涡星系和棒旋星系两种。按哈勃分类，正常旋涡星系又分为a、b、c三种次型；Sa型中心区大，稀疏地分布着紧卷旋臂；Sb型中心区较小，旋臂较大并较伸展；Sc型中心区为小亮核，旋臂大而松弛。除了旋臂上集聚高光度O、B型星和超巨星、电离氢区外，同时还有大量的尘埃和气体分布在星盘上，从侧面看去，在主平面上呈现为一条窄的尘埃带，有明显的消光现象。旋涡星系通常有一个笼罩整体的、结构稀疏的晕，称为星系晕。其中主要的星族Ⅱ天体，其典型代表是球状星团。一个中等质量的旋涡星系往往有100～300个球星团，不均匀地散布在星系盘周围空间。再往外，可能还有更稀疏的气体球，称为星系冕。旋涡星系的质量（M）为109～1011个太阳质量，对应的光度是绝对星等-15～-12等。
河外星系除上述几种星系外，还发现有大量各种类型的星系。天文学家估计，在最先进的仪器所能观测到的这一部分宇宙里，星系的总数可能高达1000亿个之多。不久以前，美国天文学家宣布发现了迄今为止最大的发光结构——一道由星系组成的长至少有5亿光年、宽约2亿光年、厚约1500光年、距地球2～3亿光年的“宇宙长城”。这座巨大的“宇宙长城”实际上是一个巨大的河外星系。
随着太空时代的到来，人们对太空星系越来越感兴趣。如今世界各地已有数百种天文杂志和数千个大大小小的天文学会社团，仅西欧就有数十万业余天文爱好者。世界各国为使自己在开发利用宇宙空间的宏伟事业中处于有利地位，更是加紧探索宇宙中的奥秘。
1990年4月22日，美国用航天飞机把一架长13米、重10吨、目前世界上最大最复杂的哈勃太空望远镜送入了太空。这架耗资15亿美元的望远镜能够看到距地球140亿光年之遥的恒星和星系（地面望远镜仅能看到10亿光年），从而为人类观测到更多的河外星系提供了可能。
2.仙女座大星云：第一个河外星系
本世纪初，对星云的观测事实逐渐增多，根据这些事实，人们开始触及与星云有关的一些重大问题，首先，旋涡星云究竟离我们有多远，它在银河系之内还是在银河系之外，这牵涉到河系之外（河外）是否存在大量星系的问题，也就牵涉到当时在能观测到的范围内我们的“宇宙”应该扩展到多远的问题，要正确地回答这个问题，关键在于距离的测定，与此相关的是旋涡星云的组成，即它是由恒星和气体组成的，还是只包括气体，换句话说，旋涡星云是气体云还是与银河系类似的星系，如果是后者，就应该称之为“旋涡星系”。
由于对事实的选择有所偏爱，更由于对事实的真正含义不够理解，逐渐形成了两种对立的意见。1920年4月在美国华盛顿国家科学院的一次会议上，以沙普利为一方，柯蒂斯为另一方，展开了激烈的争辩，由于这次辩论在星系研究史上具有重要的地位，后来得名为“伟大的辩论”。当时的争辩集中在以下三个方面：一是旋涡星云究竟有多远？二是旋涡星云是否由恒星和气体组成？三是为什么旋涡星云都避开银道面？
（1）旋涡星云究竟有多远
沙普利和柯蒂斯两人都很清楚，解决争论的关键是估计旋涡星云的距离。
1917年在美国威尔逊山天文台工作的天文学家里奇偶然地在星云NGC6946发现了一个新星爆发。于是，威尔逊山的其他星云观测的底片也被搜索一遍，结果发现了更多的新星。
里克天文台的柯蒂斯也参加了新星搜索工作，他认为，新星的发现证明旋涡星云并不是盘状气体云，而是在银河系之外的独立的恒星系统。
他还提出过一些其他论据，柯蒂斯指出各个旋涡星云的角大小相差很大，最近的仙女座大星云的角大小达2度，而一些小的旋涡星云的角大小只有10′甚至更小，如果它们的大小相差不多，那么它们离我们的距离就将显著不同，假定仙女座大星云刚好在银河系的边缘上，那么这些小的星云将比仙女座大星云远10倍以上，因此，把所有旋涡星云都包括在银河系内是不合理的也是不可能的，它们应是在银河系之外的独立的星系。
1885年，恰好在仙女座大星云中观测到一颗称为仙女座的新星，其亮度与银河新星相当，沙普利当时不可能知道这是一颗亮度比新星大得多的超新星，而认为它的距离较近。这成为沙普利反对柯蒂斯的另一个理由。
（2）旋涡星云是由恒星和气体组成的吗
柯蒂斯正确地指出，旋涡星云的光谱与由星际气体组成的亮星云的光谱不同，前者像许多恒星光谱的叠加，在明亮的背景上有许多暗的吸收线，后者则有明显的亮发射线，这也表明旋涡星云是恒星系统而不是气体云。
沙普利在这个问题上研究得比柯蒂斯更细致，沙普利认为，如果旋涡星云像银河系一样是由恒星和气体组成的系统，那么只证明它的测光及光谱性质和气体星云不同是不够的，应该证明它们与太阳附近的银河情况相同才行。
现在看来，沙普利的所有论据和他指出的这些差别都是正确的，问题在于当时还没有人真正知道由恒星和气体组成的星系应该是什么样？银河系内的星际消光减弱了恒星计数算出的表面亮度，而且直到1944年巴德提出星族概念之后，人们才能解释银盘中心和太阳附近的银盘所具有的本质差别，也才能够把旋涡星云的中心分解为一颗颗恒星，因此，太阳附近与旋涡星云不同，不能排除旋涡星云的河外性质。
（3）为什么旋涡星云都避开银道面
这个问题也就是为什么会存在所谓的“隐带”？为什么所有旋涡星云都以较高的速度离开银河系？
沙普利认为，旋涡星云都避开银道面表明它们很容易受到银河系的影响，因此不可能离得很远，沙普利指出，只要假设银河系对旋涡星云施加一种特殊的排斥力，则上述两个观测事实便都可以解释。
柯蒂斯则指出，一些侧面对准我们的旋涡星云中心有一条暗带，这可能标志着在银盘面中存在消光物质（银河系内的星际消光效应是在这次辩论后十年才发现的）。如果银河系中存在类似的消光物质，如果太阳也处在有消光物质的盘面中，再加上如果旋涡星云在银河系之外，那么隐带就可以用消光遮挡来解释，至于星云高速离开银河系的问题，柯蒂斯无法解释，只说星系具有很大速度是可能的（事实上，关于宇宙膨胀的观点和有关规律是九年后才由哈勃指明的）。
总之，沙普利用一个“斥力”假设解释隐带和高速退行两个观测事实，但斥力的性质不明，与已知的各种作用又无关系，是否有其他物理效应亦无所知，所以难于揭示它的物理本质。相反，为了解释与隐带有关的事实，柯蒂斯需要假设存在消光物质，旋涡星云在河外，又要假设星云能高速离开银河系，所作的假设是很多的。
现在我们知道，就银河系大小的估计而言，两人都有出入，沙普利的估计大了3倍，柯蒂斯又小了1/3。但我们绝不能因此贬低两人的工作。沙普利致力于银河系的研究，正是他，在哥白尼把地球从太阳系中心的位置上移开之后，又把太阳从位于银河系中心的“王位”上赶了下来。柯蒂斯则进一步指出宇宙中充满了大量像银河系那样庞大的恒星系统。于是，继地球、太阳之后，银河系也同样不再具有任何特殊的中心的地位了。随着人类对宇宙探索的步步深入，银河系、太阳系及人类居住的地球在宇宙中的地位变得越来越平凡，这似乎是对探索者的一种讽刺。不！应该说，地球在宇宙中的平凡地位，越发衬托出居住在地球上的不平凡的人类的智慧是何等的光辉灿烂，充满着无限的活力。
柯蒂斯和沙普利的论战没有得出一致的结果，因为当时的观测水平还不足以作出决定性的判断，直到三年之后，哈勃才给出了决定性的观测事实，表明旋涡星云的确是真正独立的恒星系统。1923年，利用新投入观测的美国威尔逊山天文台2.5米望远镜，哈勃把仙女座大星云的外边缘区域分解成了一颗一颗的恒星，又从中找到了一颗造父变星，它的周期为45天，根据周光关系，可以推断出它应比太阳亮二万五千倍，即应为绝对星等-6等的恒星，得出该星的距离为15万秒差距（由于当时采用的造父变星周光关系有错误，该星的距离实际上是80万秒差距），这比沙普利的银河系（9万秒差距）要大得多。这表明仙女座大星云确实是一个河外星系。为了对宇宙中星系的巨大尺度有一个更深刻的概念，我们要提醒读者，仙女座大星云虽然这么遥远，却是离银河系最近的大旋涡星系（麦哲伦云离得更近，但它只是一个较小的星系）。
确定了旋涡星云的距离之后，对于星云中心部分是否由恒星组成，许多人仍持怀疑态度，直到1944年巴德最后把仙女座大星云的中心区域也分解为一颗颗恒星之后，人们才最终解除了怀疑，所以大争辩的最终结束恐怕要算到1944年。
3.以貌取名，指称星系
星系形态的研究始于20年代，所谓星系形态，就是通过肉眼或照片观测到的星系整体的几何形状，哈勃最早对星系作了大量观测，并于1926年提出了第一个按形态划分的星系分类系统。随后几十年中，虽然有人提出过其他分类方法，类型更多更细致，但哈勃的基本思想至今仍然是星系分类的基础。
哈勃提出的第一类星系是椭圆星系（E）。它们看起来都很相似，显不出任何结构，在天球上呈圆形或椭圆形。早期分类中，进一步按观测所见的椭圆星系的扁度，即长短轴之比而分为次型。但是看到的扁度并不代表椭圆真正的扁平程度，因为观测的结果与椭圆星系在天空中的方位，即与它的长短轴在天空的指向有关，更有物理意义的是把椭圆星系按照光度的大小记为矮椭星系、一般椭圆星系和巨椭圆星系。巨椭圆星系可能是最大的星系，矮椭星系往往很小甚至与球状星团的大小和质量相当，从椭圆星系中心往四周看去，非常缓慢地逐渐变暗。
第二大类是旋涡星系，银河系就是一个典型代表，它们因在照片上呈现出明显的旋臂结构而得名。其实从物质分布来看，臂与相邻臂之间的对比并不很悬殊，但旋臂上有许多明亮的年轻恒星，眼睛或照相底片对它们特别敏感，因而容易显现出来。旋臂开始于核球部分的称为正常旋涡星系，它的旋臂沿核球边缘的切线向外螺旋状伸展出去。另外一种情况是，旋臂开始于横跨核球的一个棒状结构且通常旋臂与棒垂直，这称为棒旋星系。还有的旋臂沿着核球外面一个环状结构的切线方向发出，在分类时注上γ字母，以便与正常情况相区别。但是，旋涡星系性质的研究表明，SA、SB的区别，S的变态，可能都是较为次要的细节。星系内含的物理性质主要随旋涡星系所处阶段的不同而不同。至于星系所处阶段，则根据核球与银盘的相对大小；旋臂卷紧的程度，可区分为Sa型，Sb型和Sc型三类。Sa型中心区大，旋臂紧卷；Sb型中心区较小，旋臂较大而舒展；Sc型中心区为一小亮核，旋臂大而松弛。近年来又发现一些星系，它们与旋涡星系一样，也有扁平的银盘，但是不存在旋臂结构，人们称之为透镜星系，介于哈勃分类的椭圆星系和旋涡星系之间，记为SO或SBO。
旋涡星系的核球看起来很相似，其光强也是由中心向外逐渐变暗，银盘向外显著变暗，因此外边缘更为明显。
哈勃把不能划归椭圆星系或旋涡星系的少数星系称为不规则星系，它们不存在核球，也没有确定的旋臂系统，主要由圆盘状结构组成，但其表面亮度较低，而且在亮度分布上有很多不规则结构。
