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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,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。但是如果你有一架天文望遠鏡,透過它你就會發(fā)現(xiàn)星空遠比我們?nèi)庋鬯姷囊利惖枚啵驗樵谟钪娓h處的一些深空天體只有借助天文望遠鏡才能在世人眼中“綻放”。如果再將它們拍攝下來,還原其本身的色彩,你更會為星空的絢爛而驚嘆!目睹過星空盛景的人們?yōu)檫@些美麗的天體冠以各種各樣形象生動的美名,如“三葉星云”“礁湖星云”“紙風(fēng)車星系”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,不過簡單來說,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自的不同“家庭”——星云星團表。常見的、也是最早的三個星云星團表分別是M、NGC和IC星表。這些星表是誰制定的?它們的名字又是怎么來的呢?下面我們就來講一講。
梅西耶星表——無心插柳的意外收獲
梅西耶星表簡稱M星表,其中的天體被稱為梅西耶天體或M天體。即使你沒有真正觀測過,想必在很多天文攝影美圖中也欣賞過著名的梅西耶天體。值得一提的是,大家熟知的日本動漫奧特曼系列中,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
梅西耶天體是法國天文學(xué)家梅西耶(Charles Messier)編制的《星云星團表》中列出的110個天體,包含較為明亮的星云、星團、星系等。星表中,天體的編號以梅西耶的英文首字母M開頭,從M1排列到M110。
梅西耶的畫像
1730年,梅西耶出生在法國的一個小鎮(zhèn)上。由于家境貧寒,他11歲就輟學(xué)了,并沒有什么機會接觸天文知識。1744年,14歲的梅西耶見到了一顆明亮的六尾彗星,這使他對天文產(chǎn)生了極大的興趣。后來,他在家鄉(xiāng)觀看了壯觀的日環(huán)食,這壯麗的景象使他對天文學(xué)更加好奇。于是21歲時,梅西耶來到巴黎,憑著對天文學(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,并教會他天文觀測的方法,這為他日后取得的成就打下了堅實的基礎(chǔ)。
1744年的六尾彗星示意圖
在那個時代,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)時還只是個科學(xué)假說,不過卻激發(fā)了很多天文學(xué)家的興趣,他們紛紛開始尋找彗星。
德里希爾計算出一條哈雷彗星的運行軌跡,梅西耶根據(jù)軌跡繪制了星圖。不過遺憾的是,由于其中的數(shù)學(xué)計算非常復(fù)雜,包括德里希爾在內(nèi)的很多天文學(xué)家都算錯了,所以導(dǎo)致梅西耶繪制的星圖也出現(xiàn)了錯誤。不過,他堅持不懈、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)德國一位天文愛好者早在1758年12月24日就已經(jīng)找到了哈雷彗星。不過,在搜尋哈雷彗星的過程中,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)了一個長得像彗星的光斑,在之后幾天的觀測中,他發(fā)現(xiàn)這個光斑并沒有移動,顯然它并不是彗星,而是“星云”(因為當(dāng)時的望遠鏡無法看得更清楚,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,并為它編號M1。隨后,梅西耶在繼續(xù)搜尋彗星的時候,又發(fā)現(xiàn)、記錄了第二個“星云”——M2,并將其畫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“星云”——M3,M3其實是球狀星團,也是第一個由梅西耶首先發(fā)現(xiàn)的天體。
蟹狀星云(M1)
M3(NGC5272球狀星團)
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,同時隨著他發(fā)現(xiàn)的“星云”(云霧狀天體)越來越多。由于云霧狀天體和彗星十分相像,為了避免浪費時間區(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到46顆彗星,其中包含他自己發(fā)現(xiàn)的21顆。

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彗星的命名
彗星的命名有國際統(tǒng)一的規(guī)則,了解了這個規(guī)則就能通過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,以半個月為單位,26個字母去掉I和Z不用,剩下24個字母按月份排列: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?因為彗星有不同的特點,有的像哈雷彗星一樣是會定期回歸的周期彗星,也有不回歸的、或者還沒算出它的軌道的。為了把它們分類,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)的一顆長周期彗星。 
1784年,法國天文年歷上刊登了梅西耶制作的由103個天體組成的星表,其中57個是星團,46個是各種星云和星系。在天文學(xué)上,星表通常是按天體的赤經(jīng)順序來排序的,但是梅西耶星表卻不同,他既沒有按照星云、星團的類型,也沒有按照位置順序排序,而是依據(jù)他觀測到的時間先后進行排序編號,所以兩個編號相鄰的梅西耶天體之間,實際位置可能相距很遠。后世的天文學(xué)家經(jīng)過考證,確定當(dāng)時還有7個天體已經(jīng)被梅西耶和梅襄歸入星表,所以,梅西耶星表擴大到了我們今天熟悉的110個。
梅西耶星表是天文史上第一個系統(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“無心插柳”的意外收獲,但是這個星表的制成卻改變了人們對宇宙的認(rèn)識,擴展了天文學(xué)家研究宇宙的新領(lǐng)域,從此以后各類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。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)匀簧钍芴煳膼酆谜呦矏?,成為他們觀測和拍攝的首選目標(biāo)。
每年3月中旬至4月初,北半球的天文愛好者會進行梅西耶天體觀測馬拉松賽,就是比賽誰能整晚連續(xù)觀測記錄到更多的梅西耶天體,這可是對觀測技能的一次考驗。 
GC星表——堅持不懈的豐碩成果
如果說梅西耶星表被廣大天文愛好者所關(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《星云星團新總表》。它其實是《星云星團總表》GC星表的擴充。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)家對天文學(xué)的貢獻非常大,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,和梅西耶屬于同一時代。他從小喜歡仰望星空,對天上的諸多星座了如指掌。但對音樂同樣感興趣的威廉·赫歇爾,自小跟隨父親學(xué)習(xí)小提琴,16歲時便加入了禁衛(wèi)軍樂團擔(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”,德國也卷入其中,赫歇爾所在的漢諾威被法軍占領(lǐng)。不堪忍受戰(zhàn)爭之苦的赫歇爾,在父親的幫助下,逃到了英國避難。后來在英國他一邊以演奏為生,一邊研究天文學(xué)。不僅如此,為了觀測天體,他還自學(xué)光學(xué)知識,并到當(dāng)?shù)氐闹歧R商那里學(xué)習(xí)磨鏡技術(shù),想要自制一架望遠鏡。
1774年,經(jīng)過不斷完善,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鏡。通過這架望遠鏡,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,夜晚觀測天體并認(rèn)真記錄。正是用這架望遠鏡,赫歇爾在1781年發(fā)現(xiàn)了天王星!這一發(fā)現(xiàn)徹底改寫了天文學(xué)的歷史,太陽系的疆域在人類的認(rèn)知中擴大了一倍,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)天王星所用的望遠鏡 
天王星 
當(dāng)然,赫歇爾的成就遠不止這些,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,編制了第一個雙星表,并發(fā)現(xiàn)了太陽的運動,描畫出了銀河系的形狀……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,長年協(xié)助他進行艱苦的觀測和天文研究,她發(fā)現(xiàn)了8顆彗星和14個星云,還是獲得皇家天文學(xué)會金質(zhì)獎?wù)碌牡谝晃慌浴?/span>
威廉·赫歇爾看到梅西耶發(fā)表了《星云星團表》后,產(chǎn)生了探索深空天體的興趣。從1782年開始,他用自己做的兩個焦距為610厘米,口徑分別為30厘米和47厘米的望遠鏡,進行了深空天體的觀測。1789年,他制作出當(dāng)時世界上最大的反射望遠鏡,口徑為1.2米,焦距為12米。用這個當(dāng)時性能最好的望遠鏡,他看到了許多前人從未得見的“星云”,他發(fā)現(xiàn)有的星云在望遠鏡中呈現(xiàn)出與行星類似的視圓面,即看上去像太陽和月亮那樣呈圓形,而非點狀,于是為這樣的星云取名為“行星狀星云”,這個名稱一直沿用至今。
威廉·赫歇爾制作的當(dāng)時世界上最大的望遠鏡
從1782年到1802年,赫歇爾在妹妹的協(xié)助下,發(fā)現(xiàn)了2 500多個星云、星團,并陸續(xù)發(fā)表。在此之前,人們所知的深空天體不超過150個。威廉·赫歇爾的發(fā)現(xiàn)直接把深空天體帶上了一個新的量級,再一次刷新了人們對宇宙的認(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歲時他的獨生子約翰·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,小赫歇爾對父親和姑姑所發(fā)現(xiàn)的星云進行了徹底的核查。他還前往南非的好望角進行了南天星空的觀測。在好望角,小赫歇爾特別仔細地觀測了大、小麥哲倫星云。對這兩個“星云”的觀測,開創(chuàng)了河外星系研究的先河。1864年,他發(fā)表了《星云星團總表》(GeneralCatalogue of Nebulae and Clusters of Stars),簡稱GC星表。
大、小麥哲倫星云(實際上它們是銀河系的兩個伴星系)
NGC星表和IC星表 
在赫歇爾家族之后,愛爾蘭的天文愛好者羅斯伯爵制造出了更大的望遠鏡,口徑達到1.8米,鏡筒長16米。羅斯伯爵招募了幾個助手,德雷耶是其中之一。德雷耶用這個口徑更大的望遠鏡發(fā)現(xiàn)了更多的星云,同時發(fā)現(xiàn)GC星表與自己的測量結(jié)果存在不少偏差。他決定對GC星表進行修正和增補。1888年,他編制完成《星云星團新總表》,即NGC星表,其中的天體數(shù)量達到了7 840個。
隨著不斷觀測,德雷耶又在1895年和1908年兩次發(fā)表了NGC星表的補充表——《星云星團新總表續(xù)篇》(Index Catalogues),簡稱IC星表,共包含了5 386個天體。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??吹揭粋€天體既有M編號,又有NGC編號。
M51 也是NGC5194
隨著觀測技術(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NGC星表的數(shù)據(jù)進行了修訂。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,梅西耶觀測時用的望遠鏡口徑只有10厘米;威廉·赫歇爾改進了望遠鏡后,望遠鏡口徑從30厘米不斷擴充至47厘米、1.2米;羅斯伯爵將望遠鏡口徑再一次擴大至1.8米。隨著望遠鏡觀測技術(shù)的發(fā)展,人類觀測到的深空天體數(shù)量也從110個飛速增長到1萬多個……
過去,天文學(xué)家還未認(rèn)識河外星系,所以這三個星表是星團、星云和河外星系的混編。如今,望遠鏡技術(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,出現(xiàn)了更多細分的深空星表,而且這些星表的容量一再增長,如亮星系星表RC3囊括了2萬多個亮星系,星系表MCG包含了3萬多個星系,星系表PGC包含著90多萬個星系。除此之外,還有暗星云表Barnard、球狀星團星表Arp、星系團表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 
在沒有大型巡天望遠鏡的年代,一部星表的編制需要天文學(xué)家耗費大量的時間和精力。這些星表中成千上萬個編號正是天文學(xué)家們堅毅、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鏡指向夜空時,他大概也沒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浩瀚宇宙那無與倫比的美麗!
-完-
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