要解决河外星系是否存在的第二个关键问题，就是要测定那些星云的距离。1885年8月20日哈特维希（Ernst Albrecht Hartwig，1851－1923）在仙女座大星云中发现了一颗超新星，视星等达到7等，这就是仙女座S星。有人假定仙女座S星和英仙座一颗新星爆发时的绝对星等相同，仅仅因距离较远而显得暗淡，定出仙女座大星云的距离为1 600光年。由于当时不清楚超新星与新星的区别，所以定出的距离小得多。
美国天文学家柯蒂斯在1915年也提出一个测量星云距离的方法。从统计平均观点来看，天体的视向速度和切向速度是同量级的。1914年斯里弗刊布了13个旋涡星云的视向速度。1915年柯蒂斯测定了66个星云的自行，求得平均值ω为0.033角秒，从星云的视向速度求得平均视向速度v，根据v＝rω，求得星云平均距离r为10，000光年。
这个方法的缺点是：由于河外星云的真实自行不到0.000 02角秒/年，所以年份相近的两张底片对比时，测量误差远远大于自行本身。
1917年威尔逊山天文台的里切（George Willis Ritchey，1864－1945）在NGC6946星云中发现一颗15等的新星，后又在仙女座大星云找到两颗新星。柯蒂斯和其他一些天文学家也在一些旋涡星云中找到不少新星。柯蒂斯假定这些星云中的新星亮度极大时的绝对星等和银河系中的新星一样，由此估算出仙女座大星云的距离为1 000万光年，后减为50万光年。
1920年4月26日威尔逊山天文台台长海耳（George Ellery Hale，1868－ 1938）发起了在美国科学院召开的“宇宙的尺度”（The Scale of the Universe）辩论会，沙普利与柯蒂斯分别代表对立双方，这就是有名的沙普利—柯蒂斯大辩论。论题是银河系的大小、结构和旋涡星云的真相，结果是这场辩论谁也没有说服谁，天文学家们也很难判断谁的观点更站得住脚。
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