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神秘星空的燈塔——深空星表的誕生
作者丨宋媛媛
原載于《百科探秘·航空航天》2019年第五期
漆黑的夜晚,當(dāng)我們仰望星空時(shí),映入眼簾的星星通常就是一顆顆、一片片泛黃或泛白的光點(diǎn)。但是如果你有一架天文望遠(yuǎn)鏡,透過(guò)它你就會(huì)發(fā)現(xiàn)星空遠(yuǎn)比我們?nèi)庋鬯?jiàn)的要美麗得多,因?yàn)樵谟钪娓h(yuǎn)處的一些深空天體只有借助天文望遠(yuǎn)鏡才能在世人眼中“綻放”。如果再將它們拍攝下來(lái),還原其本身的色彩,你更會(huì)為星空的絢爛而驚嘆!目睹過(guò)星空盛景的人們?yōu)檫@些美麗的天體冠以各種各樣形象生動(dòng)的美名,如“三葉星云”“礁湖星云”“紙風(fēng)車(chē)星系”等。

三葉星云(M20)
這些絢麗的天體除了各種美麗的別名外,它們還有自己的“官方姓名”。例如三葉星云的官方姓名就是M20,礁湖星云又名M8或NGC6523。這些命名看上去有些復(fù)雜,不過(guò)簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),我們可以將這些名字中的英文字母當(dāng)作天體的“姓”,把后面的數(shù)字當(dāng)作天體的“名”。而不同的姓氏就代表了天體來(lái)自的不同“家庭”——星云星團(tuán)表。常見(jiàn)的、也是最早的三個(gè)星云星團(tuán)表分別是M、NGC和IC星表。這些星表是誰(shuí)制定的?它們的名字又是怎么來(lái)的呢?下面我們就來(lái)講一講。
梅西耶星表——無(wú)心插柳的意外收獲
梅西耶星表簡(jiǎn)稱M星表,其中的天體被稱為梅西耶天體或M天體。即使你沒(méi)有真正觀測(cè)過(guò),想必在很多天文攝影美圖中也欣賞過(guò)著名的梅西耶天體。值得一提的是,大家熟知的日本動(dòng)漫奧特曼系列中,主角奧特曼的故鄉(xiāng)就是梅西耶星表中的M78,它是位于獵戶座的反射星云。
M78
梅西耶天體是法國(guó)天文學(xué)家梅西耶(Charles Messier)編制的《星云星團(tuán)表》中列出的110個(gè)天體,包含較為明亮的星云、星團(tuán)、星系等。星表中,天體的編號(hào)以梅西耶的英文首字母M開(kāi)頭,從M1排列到M110。
梅西耶的畫(huà)像
1730年,梅西耶出生在法國(guó)的一個(gè)小鎮(zhèn)上。由于家境貧寒,他11歲就輟學(xué)了,并沒(méi)有什么機(jī)會(huì)接觸天文知識(shí)。1744年,14歲的梅西耶見(jiàn)到了一顆明亮的六尾彗星,這使他對(duì)天文產(chǎn)生了極大的興趣。后來(lái),他在家鄉(xiāng)觀看了壯觀的日環(huán)食,這壯麗的景象使他對(duì)天文學(xué)更加好奇。于是21歲時(shí),梅西耶來(lái)到巴黎,憑著對(duì)天文學(xué)的興趣和一手好字,他被海軍天文學(xué)家約瑟夫·尼古拉斯·德里希爾看中。德里希爾親自傳授他天文知識(shí),并教會(huì)他天文觀測(cè)的方法,這為他日后取得的成就打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
1744年的六尾彗星示意圖
在那個(gè)時(shí)代,天文學(xué)研究的主流是彗星,梅西耶的主要工作就是搜尋彗星。1757年,27歲的梅西耶開(kāi)始尋找著名的哈雷彗星,根據(jù)已故天文學(xué)家哈雷的預(yù)言,這顆彗星將在1758年回歸,這在當(dāng)時(shí)還只是個(gè)科學(xué)假說(shuō),不過(guò)卻激發(fā)了很多天文學(xué)家的興趣,他們紛紛開(kāi)始尋找彗星。
德里希爾計(jì)算出一條哈雷彗星的運(yùn)行軌跡,梅西耶根據(jù)軌跡繪制了星圖。不過(guò)遺憾的是,由于其中的數(shù)學(xué)計(jì)算非常復(fù)雜,包括德里希爾在內(nèi)的很多天文學(xué)家都算錯(cuò)了,所以導(dǎo)致梅西耶繪制的星圖也出現(xiàn)了錯(cuò)誤。不過(guò),他堅(jiān)持不懈、日復(fù)一日地搜索,終于在1759年1月21日發(fā)現(xiàn)了哈雷彗星,但令人沮喪的是,他發(fā)現(xiàn)德國(guó)一位天文愛(ài)好者早在1758年12月24日就已經(jīng)找到了哈雷彗星。不過(guò),在搜尋哈雷彗星的過(guò)程中,梅西耶也有一些新的發(fā)現(xiàn)。
哈雷彗星
1758年8月28日,他在金牛座發(fā)現(xiàn)了一個(gè)長(zhǎng)得像彗星的光斑,在之后幾天的觀測(cè)中,他發(fā)現(xiàn)這個(gè)光斑并沒(méi)有移動(dòng),顯然它并不是彗星,而是“星云”(因?yàn)楫?dāng)時(shí)的望遠(yuǎn)鏡無(wú)法看得更清楚,所以云霧狀的天體都被稱為星云,包括很多河外星系。直到1924年埃德溫·哈勃才確認(rèn)星系是銀河系之外的恒星系統(tǒng))。梅西耶將它記錄了下來(lái),并為它編號(hào)M1。隨后,梅西耶在繼續(xù)搜尋彗星的時(shí)候,又發(fā)現(xiàn)、記錄了第二個(gè)“星云”——M2,并將其畫(huà)在那張顯示哈雷彗星軌跡的星表中。不久之后,他又發(fā)現(xiàn)了第三個(gè)“星云”——M3,M3其實(shí)是球狀星團(tuán),也是第一個(gè)由梅西耶首先發(fā)現(xiàn)的天體。
蟹狀星云(M1)
M3(NGC5272球狀星團(tuán))
1760年,德里希爾退休,30歲的梅西耶接任了天文官的職務(wù),繼續(xù)做著“彗星獵手”的工作,同時(shí)隨著他發(fā)現(xiàn)的“星云”(云霧狀天體)越來(lái)越多。由于云霧狀天體和彗星十分相像,為了避免浪費(fèi)時(shí)間區(qū)分二者,梅西耶決定和他的助手皮埃爾·梅襄合作把這些天體制成星表。
1764年,梅西耶整理出一張包含了40個(gè)天體的列表。1765年,他發(fā)現(xiàn)大犬座的M41后,又在列表中追加了M41~M45五個(gè)天體。 1769年,梅西耶在白羊座附近發(fā)現(xiàn)了大彗星C/1769P1,并以此成為柏林科學(xué)院的外籍院士。次年,他又發(fā)現(xiàn)了一顆彗星,并且成為巴黎學(xué)士院的正式成員。梅西耶在他的一生中總共觀測(cè)到46顆彗星,其中包含他自己發(fā)現(xiàn)的21顆。

超級(jí)鏈接

彗星的命名
彗星的命名有國(guó)際統(tǒng)一的規(guī)則,了解了這個(gè)規(guī)則就能通過(guò)彗星的名字讀出很多信息!比如梅西耶發(fā)現(xiàn)的大彗星 C/1769P1。其中“1769”表示的是發(fā)現(xiàn)這顆彗星的年份。“P”代表發(fā)現(xiàn)的月份,以半個(gè)月為單位,26個(gè)字母去掉I和Z不用,剩下24個(gè)字母按月份排列:A表示1月上半月,B表示1月下半月,依此類(lèi)推。大家可以算一算,排到P就是8月的上半月。而“P1”表示的是八月上半月內(nèi)發(fā)現(xiàn)的第1顆彗星。那么“C/”又表示什么呢?因?yàn)殄缧怯胁煌奶攸c(diǎn),有的像哈雷彗星一樣是會(huì)定期回歸的周期彗星,也有不回歸的、或者還沒(méi)算出它的軌道的。為了把它們分類(lèi),又加上了以下標(biāo)記:“A/”即可能為小行星,“P/”即確認(rèn)回歸1次以上的短周期彗星,“C/”為長(zhǎng)周期彗星(200年以上),“X/”即為尚未算出軌道根數(shù)的彗星,“D/”為不再回歸或可能已經(jīng)消失的彗星。所以,我們知道了梅西耶發(fā)現(xiàn)的這顆彗星 C/1769P1是他在1769年8月上半月發(fā)現(xiàn)的一顆長(zhǎng)周期彗星。 
1784年,法國(guó)天文年歷上刊登了梅西耶制作的由103個(gè)天體組成的星表,其中57個(gè)是星團(tuán),46個(gè)是各種星云和星系。在天文學(xué)上,星表通常是按天體的赤經(jīng)順序來(lái)排序的,但是梅西耶星表卻不同,他既沒(méi)有按照星云、星團(tuán)的類(lèi)型,也沒(méi)有按照位置順序排序,而是依據(jù)他觀測(cè)到的時(shí)間先后進(jìn)行排序編號(hào),所以兩個(gè)編號(hào)相鄰的梅西耶天體之間,實(shí)際位置可能相距很遠(yuǎn)。后世的天文學(xué)家經(jīng)過(guò)考證,確定當(dāng)時(shí)還有7個(gè)天體已經(jīng)被梅西耶和梅襄歸入星表,所以,梅西耶星表擴(kuò)大到了我們今天熟悉的110個(gè)。
梅西耶星表是天文史上第一個(gè)系統(tǒng)的深空星表,在它之前的星表都以恒星為目標(biāo),雖然梅西耶星表是他“無(wú)心插柳”的意外收獲,但是這個(gè)星表的制成卻改變了人們對(duì)宇宙的認(rèn)識(shí),擴(kuò)展了天文學(xué)家研究宇宙的新領(lǐng)域,從此以后各類(lèi)深空天體的星表紛紛出現(xiàn)。
梅西耶星表中的很多深空天體都比較明亮,很容易找到,有些甚至肉眼就能看見(jiàn)。在攝影師的鏡頭下,梅西耶天體美麗而迷人,直到今天它們?nèi)匀簧钍芴煳膼?ài)好者喜愛(ài),成為他們觀測(cè)和拍攝的首選目標(biāo)。
每年3月中旬至4月初,北半球的天文愛(ài)好者會(huì)進(jìn)行梅西耶天體觀測(cè)馬拉松賽,就是比賽誰(shuí)能整晚連續(xù)觀測(cè)記錄到更多的梅西耶天體,這可是對(duì)觀測(cè)技能的一次考驗(yàn)。 
GC星表——堅(jiān)持不懈的豐碩成果
如果說(shuō)梅西耶星表被廣大天文愛(ài)好者所關(guān)注,那么NGC星表和IC星表則是天文學(xué)研究人員的重要參考了。NGC星表的全稱是 New General Catalogue of Nebulae and Clustersof Stars,即《星云星團(tuán)新總表》。它其實(shí)是《星云星團(tuán)總表》GC星表的擴(kuò)充。GC星表是由赫歇爾家族的威廉·赫歇爾、卡羅琳·赫歇爾和約翰·赫歇爾共同編制完成的。
赫歇爾家族的三位天文學(xué)家對(duì)天文學(xué)的貢獻(xiàn)非常大,其中威廉·赫歇爾和卡羅琳·赫歇爾是兄妹,約翰·赫歇爾是威廉·赫歇爾的兒子。威廉·赫歇爾1738年出生于德國(guó),和梅西耶屬于同一時(shí)代。他從小喜歡仰望星空,對(duì)天上的諸多星座了如指掌。但對(duì)音樂(lè)同樣感興趣的威廉·赫歇爾,自小跟隨父親學(xué)習(xí)小提琴,16歲時(shí)便加入了禁衛(wèi)軍樂(lè)團(tuán)擔(dān)任小提琴和雙簧管演奏員。1756年,英法之間爆發(fā)了“七年戰(zhàn)爭(zhēng)”,德國(guó)也卷入其中,赫歇爾所在的漢諾威被法軍占領(lǐng)。不堪忍受戰(zhàn)爭(zhēng)之苦的赫歇爾,在父親的幫助下,逃到了英國(guó)避難。后來(lái)在英國(guó)他一邊以演奏為生,一邊研究天文學(xué)。不僅如此,為了觀測(cè)天體,他還自學(xué)光學(xué)知識(shí),并到當(dāng)?shù)氐闹歧R商那里學(xué)習(xí)磨鏡技術(shù),想要自制一架望遠(yuǎn)鏡。
1774年,經(jīng)過(guò)不斷完善,赫歇爾終于制作出一架口徑為15厘米、焦距為2.1米的牛頓式反射望遠(yuǎn)鏡。通過(guò)這架望遠(yuǎn)鏡,他成功看到了獵戶座大星云和清晰的土星環(huán)。從此,他白天磨制鏡片,夜晚觀測(cè)天體并認(rèn)真記錄。正是用這架望遠(yuǎn)鏡,赫歇爾在1781年發(fā)現(xiàn)了天王星!這一發(fā)現(xiàn)徹底改寫(xiě)了天文學(xué)的歷史,太陽(yáng)系的疆域在人類(lèi)的認(rèn)知中擴(kuò)大了一倍,這也使43歲的赫歇爾成為世界聞名的天文學(xué)家。
赫歇爾發(fā)現(xiàn)天王星所用的望遠(yuǎn)鏡 
天王星 
當(dāng)然,赫歇爾的成就遠(yuǎn)不止這些,他還發(fā)現(xiàn)了土星的兩顆衛(wèi)星和天王星的兩顆衛(wèi)星,編制了第一個(gè)雙星表,并發(fā)現(xiàn)了太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng),描畫(huà)出了銀河系的形狀……威廉·赫歇爾能夠獲得舉世矚目的成就,離不開(kāi)他的妹妹卡羅琳·赫歇爾的幫助。卡羅琳·赫歇爾一直陪伴在威廉·赫歇爾左右,長(zhǎng)年協(xié)助他進(jìn)行艱苦的觀測(cè)和天文研究,她發(fā)現(xiàn)了8顆彗星和14個(gè)星云,還是獲得皇家天文學(xué)會(huì)金質(zhì)獎(jiǎng)?wù)碌牡谝晃慌浴?/span>
威廉·赫歇爾看到梅西耶發(fā)表了《星云星團(tuán)表》后,產(chǎn)生了探索深空天體的興趣。從1782年開(kāi)始,他用自己做的兩個(gè)焦距為610厘米,口徑分別為30厘米和47厘米的望遠(yuǎn)鏡,進(jìn)行了深空天體的觀測(cè)。1789年,他制作出當(dāng)時(shí)世界上最大的反射望遠(yuǎn)鏡,口徑為1.2米,焦距為12米。用這個(gè)當(dāng)時(shí)性能最好的望遠(yuǎn)鏡,他看到了許多前人從未得見(jiàn)的“星云”,他發(fā)現(xiàn)有的星云在望遠(yuǎn)鏡中呈現(xiàn)出與行星類(lèi)似的視圓面,即看上去像太陽(yáng)和月亮那樣呈圓形,而非點(diǎn)狀,于是為這樣的星云取名為“行星狀星云”,這個(gè)名稱一直沿用至今。
威廉·赫歇爾制作的當(dāng)時(shí)世界上最大的望遠(yuǎn)鏡
從1782年到1802年,赫歇爾在妹妹的協(xié)助下,發(fā)現(xiàn)了2 500多個(gè)星云、星團(tuán),并陸續(xù)發(fā)表。在此之前,人們所知的深空天體不超過(guò)150個(gè)。威廉·赫歇爾的發(fā)現(xiàn)直接把深空天體帶上了一個(gè)新的量級(jí),再一次刷新了人們對(duì)宇宙的認(rèn)知!
威廉·赫歇爾幾乎將全部精力都投入天文研究,直到50歲才結(jié)婚,54歲時(shí)他的獨(dú)生子約翰·赫歇爾出生。在父親的影響下,小赫歇爾也成了天文學(xué)家。1825年,小赫歇爾對(duì)父親和姑姑所發(fā)現(xiàn)的星云進(jìn)行了徹底的核查。他還前往南非的好望角進(jìn)行了南天星空的觀測(cè)。在好望角,小赫歇爾特別仔細(xì)地觀測(cè)了大、小麥哲倫星云。對(duì)這兩個(gè)“星云”的觀測(cè),開(kāi)創(chuàng)了河外星系研究的先河。1864年,他發(fā)表了《星云星團(tuán)總表》(GeneralCatalogue of Nebulae and Clusters of Stars),簡(jiǎn)稱GC星表。
大、小麥哲倫星云(實(shí)際上它們是銀河系的兩個(gè)伴星系)
NGC星表和IC星表 
在赫歇爾家族之后,愛(ài)爾蘭的天文愛(ài)好者羅斯伯爵制造出了更大的望遠(yuǎn)鏡,口徑達(dá)到1.8米,鏡筒長(zhǎng)16米。羅斯伯爵招募了幾個(gè)助手,德雷耶是其中之一。德雷耶用這個(gè)口徑更大的望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了更多的星云,同時(shí)發(fā)現(xiàn)GC星表與自己的測(cè)量結(jié)果存在不少偏差。他決定對(duì)GC星表進(jìn)行修正和增補(bǔ)。1888年,他編制完成《星云星團(tuán)新總表》,即NGC星表,其中的天體數(shù)量達(dá)到了7 840個(gè)。
隨著不斷觀測(cè),德雷耶又在1895年和1908年兩次發(fā)表了NGC星表的補(bǔ)充表——《星云星團(tuán)新總表續(xù)篇》(Index Catalogues),簡(jiǎn)稱IC星表,共包含了5 386個(gè)天體。隨著天文攝影的出現(xiàn)和發(fā)展,IC星表中的很多天體是通過(guò)照相發(fā)現(xiàn)的。NGC星表是較為全面的天體星表,包含了幾乎所有梅西耶天體。所以,我們常常看到一個(gè)天體既有M編號(hào),又有NGC編號(hào)。
M51 也是NGC5194
隨著觀測(cè)技術(shù)的不斷完善,NGC星表還在不斷修訂。1973年,兩位天文學(xué)家蘇林提科和蒂夫特發(fā)表了RNGC星表(The Revised New Catalogue of Nonstellar AstronomicalObjects),對(duì)NGC星表的數(shù)據(jù)進(jìn)行了修訂。1988年,天文學(xué)家辛諾特又編著出版了NGC2000.0。 
其他有趣的深空星表
當(dāng)年,梅西耶觀測(cè)時(shí)用的望遠(yuǎn)鏡口徑只有10厘米;威廉·赫歇爾改進(jìn)了望遠(yuǎn)鏡后,望遠(yuǎn)鏡口徑從30厘米不斷擴(kuò)充至47厘米、1.2米;羅斯伯爵將望遠(yuǎn)鏡口徑再一次擴(kuò)大至1.8米。隨著望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)技術(shù)的發(fā)展,人類(lèi)觀測(cè)到的深空天體數(shù)量也從110個(gè)飛速增長(zhǎng)到1萬(wàn)多個(gè)……
過(guò)去,天文學(xué)家還未認(rèn)識(shí)河外星系,所以這三個(gè)星表是星團(tuán)、星云和河外星系的混編。如今,望遠(yuǎn)鏡技術(shù)經(jīng)歷了飛躍式的發(fā)展,更多的深空天體被發(fā)現(xiàn)。天文學(xué)家們把這些深空天體區(qū)分出來(lái),出現(xiàn)了更多細(xì)分的深空星表,而且這些星表的容量一再增長(zhǎng),如亮星系星表RC3囊括了2萬(wàn)多個(gè)亮星系,星系表MCG包含了3萬(wàn)多個(gè)星系,星系表PGC包含著90多萬(wàn)個(gè)星系。除此之外,還有暗星云表Barnard、球狀星團(tuán)星表Arp、星系團(tuán)表Abell,等等。
Barnard33是著名的獵戶座馬頭星云,它的背后是明亮的發(fā)射星云IC434 
在沒(méi)有大型巡天望遠(yuǎn)鏡的年代,一部星表的編制需要天文學(xué)家耗費(fèi)大量的時(shí)間和精力。這些星表中成千上萬(wàn)個(gè)編號(hào)正是天文學(xué)家們堅(jiān)毅、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)精神的重要體現(xiàn)。400多年前,當(dāng)伽利略第一次把望遠(yuǎn)鏡指向夜空時(shí),他大概也沒(méi)想到夜空竟如此絢麗多彩。正是一代代天文學(xué)家的不懈努力,我們今天才有幸窺見(jiàn)浩瀚宇宙那無(wú)與倫比的美麗!
-完-
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