淺論梅西耶天體

陳厚尊

如果你經(jīng)常翻看天文科普書籍的話，多半會碰見些帶M 編號的天體，例如M13、M42、M51、M101等等。這些好似密碼一樣的神秘編號究竟代表了什么呢？筆者小時候曾經(jīng)特別留意收集這類M天體，我會從不同的天文書上將它們分門別類地摘錄下來，那感覺就像收集小浣熊水滸卡一樣。彼時互聯(lián)網(wǎng)還不曾普及，這樣的收集工作繁瑣而辛苦，所以到最后我也沒能收集全。長大后我才了解到，它們都是北半球天空中某些較明顯的深空天體在《梅西耶星表》（Messier Catalog）中的代號?！睹肺饕潜怼返耐暾孀?781年發(fā)表以來，迄今已有200多年的歷史。盡管星表中絕大部分深空天體的編號并沒有什么明顯規(guī)律（甚至有點(diǎn)混亂），但那些數(shù)字與其所指代的深空天體早已深入人心。如今，許多天文愛好者與星空徹夜相伴的時候，都以梅西耶天體作為自己的首要觀測目標(biāo)。梅西耶天體在業(yè)余圈子內(nèi)越來越盛行，以至于形成了像“梅西耶天體馬拉松”

這樣獨(dú)特的全球文化。

梅西耶星表的身世

前文提到，《梅西耶星表》的完整版由法國彗星獵手查爾斯·梅西耶（Charles Messier）

發(fā)表于1781年。梅西耶（參見圖1）一生獨(dú)立發(fā)現(xiàn)過13顆彗星，觀測過的彗星數(shù)不勝數(shù)。法王路易十五盛贊他為“我的彗星獵人”。為了將彗星和天上的云霧狀天體區(qū)分開，梅西耶于1760年著手編纂自己的星云星團(tuán)表，后分三卷公之于眾。第一卷發(fā)表于1774年，記錄了M1～M45；第二卷發(fā)表于1780年，記錄了M46～M70；第三卷發(fā)表于1781年， 記錄了M71～M103。后來，有人在梅西耶及其好友皮埃爾·梅襄（Pierre Méchain）的觀測記錄中又找到了7個曾經(jīng)被他們觀測到卻未被1781年版《梅西耶星表》記錄在案的深空天體，于是將它們依次編號為M104～M110擴(kuò)充進(jìn)來，組成了如今流傳甚廣的“現(xiàn)代版”《梅西耶星表》。

受當(dāng)時觀測能力的限制，后人發(fā)現(xiàn)這110個M天體并不都是真正的深空天體。其中M40是位于大熊座的一對雙星，亮度分別為9.0等和9.6等。兩星看起來相距很近，實則只是一對并無聯(lián)系的光學(xué)雙星，21世紀(jì)間距約51角秒，比梅西耶當(dāng)年觀測它們的時候分得更開些。M73是位于寶瓶座的一組四合星，也是一個彼此間并無物理關(guān)聯(lián)的小星群。M102是1781年由梅襄在北天發(fā)現(xiàn)的一個星系。2年后，他又在給約翰第三·伯努利（此人是天文學(xué)家，系數(shù)學(xué)家約翰·伯努利的孫子）的一封信中否認(rèn)了這一發(fā)現(xiàn)，稱那不過是M101的重復(fù)記錄。不過，后人在梅西耶原始手稿的第102號所記錄的天區(qū)附近，的確發(fā)現(xiàn)了一個與其文字描述相吻合的側(cè)向星系NGC5866。梅襄當(dāng)夜看到的目標(biāo)是不是它，目前仍存有爭議。為了保證星表的完整性，當(dāng)下的普遍做法是姑且認(rèn)為NGC5866就是M102，畢竟NGC5866附近的其他星系同《梅西耶星表》的星系比起來都太過暗淡了。M40、M73和M102常被合稱為“遺失的梅西耶天體”，盡管它們上榜《梅西耶星表》有這樣那樣的疑問，可是原則上我們?nèi)匀粚⑵浔Ａ粲谛潜碇?，與其他M 天體一視同仁。

《梅西耶星表》的構(gòu)成

總的來說，梅西耶天體共包含了7種類型的深空天體。除卻上述的3個“遺失的梅西耶天體”外，余下的分別有：26個疏散星團(tuán)、29個球狀星團(tuán)、1個超新星遺跡、39個星系、1個反射星云、6個發(fā)射星云和4個行星狀星云，共計106個。另有一個M24無法歸入以上任何類別。初看起來，M2 4好像是銀河中部一個膨大的星云，但實際上它是盤踞在銀河系盤面上的厚重的暗星云中間的一個空洞。透過它，人們可一窺銀河系中心的模樣。所以嚴(yán)格來講，M24不能算作一個天體，它其

實是銀河的一部分。那39個星系還可以按照“哈勃星系分類法”做進(jìn)一步的劃分，其中包含有8個棒旋星系、2個矮橢圓星系、6個橢圓星系、3個透鏡狀星系、19個旋渦星系和1個星暴星系。

對一架口徑小于80mm的業(yè)余天文望遠(yuǎn)鏡來說，《梅西耶星表》容納了前者在北半球晴朗夜空中所能看到的大部分云霧狀天體。因而這張星表一直是天文愛好者觀測深空的入門級星表。不過，《梅西耶星表》漏選了一批非常明顯而且重要的深空目標(biāo)。也許有人會覺得這不過是梅西耶個人在制表時的疏忽大意，但原因其實沒這么簡單。例如，著名的金牛座昴星團(tuán)入選了《梅西耶星表》，排名45號，可是同樣著名的英仙座雙星團(tuán)卻沒有獲得M 編號。又比如獵戶座中最著名的火鳥星云（參見圖2）入選《梅西耶星表》時一下獲得兩個編號：M42和M43。有人解釋說M43其實是指“火鳥”的頭，然而它們不過是被暗帶隔開的同一片星云罷了。相信梅西耶對此心知肚明。何以《梅西耶星表》的成員組成如此反常？一種解釋是說查爾斯·梅西耶在1774年發(fā)表星表第一卷的時候遭遇了同行競爭。為了在星表的規(guī)模上壓對方一頭，梅西耶在星表公開前夕，又臨時添加了4個肉眼可見的明顯目標(biāo)，即獵戶座大星云M42和M43、鬼星團(tuán)M44和昴星團(tuán)M45，至此目標(biāo)達(dá)成，因而也就沒再添加英仙座的雙星團(tuán)。不過，臨時拼湊的這4個天體畢竟同梅西耶制表的初衷相悖，因而星表的后兩卷也沒有雙星團(tuán)的名字。除此之外，另外一些著名的深空天體的缺席恐怕就要?dú)w咎于梅西耶本人的失誤了。比如玉夫座的銀幣星系、仙王座的煙火星系、獵犬座的不規(guī)則星系NGC4449、寶瓶座的螺旋星云、仙后座的貓頭鷹星團(tuán)等等，以它們的亮度和觀賞性，放在《梅西耶星表》中毫不遜色。梅西耶當(dāng)年一定沒想到自己這份簡陋的星表竟會對后世帶來如此深刻的影響（否則他會不會謹(jǐn)慎些呢？），以至于那些沒有獲得M 編號的天體都受到了后世極大的冷落，盡管它們中的一些同樣令人驚嘆。不僅如此，受限于梅西耶本人的地理位置（法國緯度較高，可見的南天星座有限），一大批重要的南天目標(biāo)都不在M星表上。為了彌補(bǔ)《梅西耶星表》的種種不足，英國業(yè)余天文學(xué)家帕特里克· 穆爾（Patrick Alfred Caldwell-Moore）曾于1995年12月快速擬定了一份《科德維爾星表》（Caldwell Catalogue），其中羅列了全天109個最著名的“非梅西耶天體”，并按照赤緯從北向南的順序依次排列：C1最靠近北極星，C109最靠近南天極。這份星表自發(fā)表以來一直毀譽(yù)參半，筆者不想多贅述，有興趣的讀者可自行了解。

一些著名的梅西耶天體

M1：又名蟹狀星云（Crab Nebula），《梅西耶星表》頭一號天體，大名鼎鼎的1054超新星

殘骸，在業(yè)余望遠(yuǎn)鏡中看起來像是一片不規(guī)則的灰色斑塊，長時間的曝光后便會呈現(xiàn)出一枚精致的紅褐色星云的圖像。

M4：位于天蝎座心宿二附近的巨大球狀星團(tuán)，結(jié)構(gòu)松散，彌散面積廣。在晴朗的鄉(xiāng)村夜空中，僅用一架雙筒望遠(yuǎn)鏡便可仔細(xì)欣賞。然而在光污染嚴(yán)重的市區(qū)里，即便是大口徑設(shè)備也難覓其蹤影。

M6與M7：位于天蝎座“尾針”上的兩個疏散星團(tuán)。M6又名蝴蝶星團(tuán)（Butterfly Cluster），M7又名托勒密星團(tuán)（Ptolemy Cluster），因為它曾被托勒密用肉眼發(fā)現(xiàn)。即便是在市區(qū)里，

它們也可用雙筒望遠(yuǎn)鏡觀賞。

M8：又名礁湖星云（Lagoon Nebula），是一片位于人馬座的發(fā)射星云，在夜空中看起來有5

個滿月那么大。星云中心還伴生有疏散星團(tuán)（參見圖3）。

M11：又名野鴨星團(tuán)（Wild Duck Cluster），是一個位于盾牌座的十分致密的疏散星團(tuán)，成員星多達(dá)3000顆。在小型望遠(yuǎn)鏡中看起來一點(diǎn)也不像野鴨，倒像是一個松散的球狀星團(tuán)。

M13： 武仙座的大球狀星團(tuán)，也是北天夜空中最大的球狀星團(tuán)之一。據(jù)說在極度晴朗的情況下肉眼可見。美國的阿雷西博望遠(yuǎn)鏡（Arecibo）在1974年建成之初，曾向這顆球狀星團(tuán)發(fā)射過一組大功率的射電信號，其中包含了人類DNA等信息，史稱“阿雷西博信息”。

M16與M17： 兩者位置相近，卻被劃入不同的星座。M16位于巨蛇座的蛇頭部分，又名老鷹星云（Eagle Nebula）。哈勃空間望遠(yuǎn)鏡拍攝的《創(chuàng)生之柱》便位于M16內(nèi)部。M17在人馬座，又名天鵝星云或者歐米茄星云（SwanorOmega Nebula），在小型望遠(yuǎn)鏡中看起來確實很像一只停泊在繁星間的天鵝，“天鵝”的曲頸和收起的翅膀都惟妙惟肖。

M22：位于人馬座，是北天可見最大的球狀星團(tuán)，同時也是距離地球最近的球狀星團(tuán)之一，亮度上比M13還略勝一籌，只是赤緯偏南，地平高度很低，因而知名度不及前者。

M27：又名啞鈴星云（Dumbbell Nebula），是一個位于狐貍座的行星狀星云。望遠(yuǎn)鏡里的目視效果好像是一顆灰白色的蘋果核，經(jīng)過數(shù)碼相機(jī)長時間的曝光后會呈現(xiàn)為一小片夢幻般的藍(lán)色星云。

M31：著名的仙女座星系（Andromeda Galaxy），初看起來就像是夜空中一個燭火模樣的灰斑，即使在城市郊區(qū)也肉眼可見。仙女座星系距離我們254萬光年，總質(zhì)量超過1500億顆太陽， 也是天文學(xué)家確認(rèn)的第一個河外天體。它的伴星系包含了M32、M110、NGC185、NGC147等數(shù)十個大小不等的星系。據(jù)天文學(xué)家計算，仙女座星系將在40億年后同銀河系相撞。

M33：著名的三角星系（Triangulum Galaxy），表面亮度很低，在極晴朗的夜空中肉眼可見，是本星系群中僅次于仙女座星系和銀河系的第三大星系。

M44：著名的鬼星團(tuán)，又名蜂巢星團(tuán)（Beehive Cluster），是一個巨蟹座中肉眼可見的疏散星團(tuán)。中國古代稱之為“積尸氣”，認(rèn)為它由升天的鬼火組成。

M46與M47：位于船尾座的兩個對比明顯的疏散星團(tuán)，前者成員星多而細(xì)密，在澄明的夜空下目視效果令人震撼；后者的成員星明亮而稀疏，在市區(qū)中也能用雙筒觀賞。有趣的是，在M46北側(cè)邊緣上隱藏著一個精致的行星狀星云NGC2438，初次目睹之人容易將其誤認(rèn)為是M46中一顆死亡恒星的遺骸。然而深入的研究表明它并非M46的成員，二者不過是視線方向恰好重合罷了（參見圖4）。

M51：位于獵犬座的旋渦星系（Whirlpool Galaxy），它是天文史上首個被發(fā)現(xiàn)有旋臂痕跡的星系。M51近旁有一個與它相互作用的伴星系NGC5195。這也是人類發(fā)現(xiàn)的第一對相互作用星系。

M57：美麗的環(huán)狀星云（Ring Nebula），位于天琴座γ星和β星的連線中間，是一片行星狀

星云。M57表面亮度很高，觀看效果受光污染的影響小，可是由于其視面積狹小，更適合在天文望遠(yuǎn)鏡下觀賞。初看起來，M57就像是一個精致的灰白色小煙圈，經(jīng)過相機(jī)長時間曝光后可分辨其殼層結(jié)構(gòu)：內(nèi)層藍(lán)綠色，外層微紅色。前者來自O(shè)III發(fā)射線，后者來自Hα線和NII線。值得一提的是，藍(lán)綠色的OIII發(fā)射線是許多行星狀星云的主要特征。根據(jù)量子力學(xué)的原子躍遷法則，OIII線是一條禁線（Forbidden Line），這樣的發(fā)射線絕不可能出現(xiàn)在地面實驗室里。不過在極度稀薄的宇宙空間中有可能存在。

M65與M66：這是一對位于獅子座下部的星系。其實這兩個星系近旁還有另一個側(cè)向星系NGC3628，三者共同組成了獅子座三重奏（Leo Triplet）。這也是天文愛好者最常觀測的目標(biāo)之一。

M81與M82：這是一對位于大熊座的相互作用的星系，即使是在略有光污染的城鎮(zhèn)郊區(qū)也可用雙筒定位到它們。M81又稱為波德星系（Bodes Galaxy），是一個巨大的旋渦星系。M82外號雪茄星系（Cigar Galaxy），是前者附近的一個星暴星系（Starburst Galaxies）。事實上，僅用一架中等口徑的天文望遠(yuǎn)鏡便可目視到M82中心的那道貫穿性裂縫。斯皮策空間望遠(yuǎn)鏡揭示出這個星系的核心正在經(jīng)歷一輪不可思議的恒星誕生潮，大量新生恒星劇烈地加熱星核里的塵埃帶，令它們發(fā)出相當(dāng)于300億倍太陽光度的紅外線。究竟何種原因?qū)е铝巳绱梭@人的星暴過程？這是天文學(xué)上的一個謎。

M87：這是一個位于室女座的橢圓星系，又稱為室女座A星系（Virgo A），幾乎是人們已知的最巨大的橢圓星系。M87核心明亮，且無明顯結(jié)構(gòu)可辨。哈勃望遠(yuǎn)鏡曾在它的核心處觀察到一道巨大的噴流，向外高速噴發(fā)。早期的分析一度認(rèn)為M8 7的核心噴流速度已超過光速，后來才發(fā)現(xiàn)那不過是一種視覺上的“偽超光速”。

M97：參見圖5，又稱梟狀星云（Owl Nebula），是位于大熊座的一個行星狀星云。M97表面泛著OIII的藍(lán)綠色發(fā)射線，模樣確實很像一只貓頭鷹的正臉。M97旁邊是《梅西耶星表》排名第108號的天體，這是一個側(cè)向的棒旋星系。如此難得的深空天體組合總是會引來眾多天體攝影師的垂涎。

M101：外號風(fēng)車星系（Pinwheel Galaxy），是一個位于北天大熊座邊緣的旋渦星系，幾乎完全面向地球，占據(jù)的面積有一個滿月那么大。如果天氣晴朗且無光害的話，雙筒望遠(yuǎn)鏡即可觀賞到它。

M104：參見圖6，著名的草帽星系（Sombrero Galaxy），位于室女座。哈勃空間望遠(yuǎn)鏡的這張照片曾一度使得該天體聲名大振。M101與M104是一組對比鮮明的目標(biāo)，前者是典型的面向星系，后者是典型的側(cè)向星系。當(dāng)星系以不同的姿態(tài)面向我們的時候，往往可以表現(xiàn)出迥然不同的特征。以M104為例，我們可以清晰地看到它盤面上厚重的塵埃帶。實際上，我們的銀河系也有一條

類似的塵埃帶，它將夜空中巨大的銀河一分為二。這樣的類比暗示我們，也許銀河系的側(cè)面看上去會跟上面的M104非常像。