揭開旋渦星雲本質之謎
哈勃一退伍回到美國，即遵前諾赴威爾遜山天文台任職，當時他已達而立之年，始得安心從事日後使之聲望卓著的天文研究工作。此後，除第二次世界大戰期間曾在美國軍隊中參與領導彈道學研究，並在馬裏蘭州阿伯丁試驗場超聲速風洞實驗室擔任領導工作外，哈勃始終在威爾遜山天文台工作。
從1922年起，哈勃將研究的注意力集中到旋渦星雲本質的問題上。這是一個爭論已久的問題。早在18世紀中葉，康德就把呈雲霧狀的星雲看成是我們天體係統（銀河係）之外的別的巨大天體係統。一個世紀後，德國科學家洪堡又把宇宙中一個個這樣的天體係統比喻為大海中的無數小島，稱“宇宙島”。
18世紀末至19世紀末，人們在宇宙島是否存在這一問題上的研究走了許多彎路，遇到許多挫折。康德、洪堡等人推測呈雲霧狀的星雲是宇宙島，但在小望遠鏡中，看去像雲霧狀的星雲的天體有許多複雜的情況：它們有的是銀河係內的星團，僅僅是因為分辨不清才被當成星雲；有的是銀河係內的氣體塵埃雲，這種氣體塵埃雲與宇宙島實際上是毫不相幹的兩回事；當然也的確存在作為宇宙島的星雲（後來稱為河外星雲）。由於這三方麵的混淆和測量手段上的局限，宇宙島的猜測難於得到證實。
20世紀初，人們用照相方法發現了大量旋渦星雲，它們形如旋渦狀，大多數很暗弱，隻有極少數如仙女座大星雲（通過照相發現它是一個半側向對著我們的旋渦星雲）等比較明亮。有人認為，這種旋渦星雲很可能是宇宙島。20世紀10年代末，美國天文學家柯蒂斯用“新星測距法”求得仙女座大星雲的距離為1000萬光年（1光年是指太空中光在1年中所走過的距離，1光年約10萬億千米）。所謂新星測距法是假定仙女座大星雲中的新星與銀河係中的新星光度相當，即認為兩者在單位時間內發出的總光量很相近，隻是由於仙女座大星雲很遠才使其中的新星顯得很暗弱，然後推算出該星雲的距離。這種方法在原理上並不錯，但誤差很大，連柯蒂斯本人在公布此結果後也很快加以更正，將仙女座大星雲的距離從1000萬光年減至50萬光年。柯蒂斯認為銀河係的直徑隻有數萬光年，所以仙女座大星雲遠在銀河係之外，是銀河係之外的別的星係。美國天文學家沙普利認為柯蒂斯的測量不可信，他認為仙女座大星雲不在如此遙遠的距離上，而他卻把銀河係的直徑定得過大，達30萬光年，他認為仙女座大星雲隻是銀河係內的真正的星雲狀天體。他還引證了荷蘭天文學家範瑪南提供的觀測結果，旋渦星雲M101，M33和M81每年以百分之幾角秒的速率自轉，這樣大的角速度意味著這些旋渦星雲不可能太遙遠，其距離僅數千光年而已，由此沙普利推論旋渦星雲都是銀河係內的天體。後來人們發現範瑪南的測量是錯誤的，是把某些係統誤差當成旋渦星雲的自轉了，但當時沙普利卻把它當做自己見解的重要依據。
1920年4月26日，由當時威爾遜山天文台台長海爾發起，在美國國家科學院召開了“宇宙的尺度”辯論會。沙普利和柯蒂斯代表對立的兩方，就銀河係的大小和旋渦星雲的真相展開麵對麵的論戰。這就是天文學史上著名的沙普利—柯蒂斯大辯論。這場辯論當時勝負未分，旋渦星雲究竟是否是銀河係之外的別的星係並未有統一的結論。
1923年，哈勃用威爾遜山天文台的口徑為2.54米的胡克望遠鏡拍攝仙女座大星雲的照片。由於這架當時世界上最大的望遠鏡的驚人分辨本領，照片上該星雲的外圍已被分解為恒星，在這些恒星中他證認出第一顆造父變星。翌年，他又在該星雲中證認出更多的造父變星，並在三角座星雲M33中也發現了一些造父變星。接著，他用“造父變星測距法”測出了這兩個旋渦星雲的距離。