漫談深空天體

陳厚尊

如果你身邊恰巧有一位天文愛好者，也許你會(huì)時(shí)常看到他（她）好似螞蟻搬家一樣拖著沉重的旅行箱上山下鄉(xiāng)，去野外觀星，這時(shí)你或許會(huì)以為他們是特地去觀看什么壯觀的天象。事實(shí)上，我們頭頂?shù)男强帐呛莒o謐的，除了偶爾飛逝的流星，并沒有什么特別刺激眼球的東西。而他們之所以選擇在那一天出行，無非是三個(gè)因素剛好湊在了一起：晴天、無月、周末休息。這種日子對(duì)普通人來說也許只是一個(gè)曬被子的好時(shí)機(jī)，而對(duì)天文愛好者卻意味著一場(chǎng)期盼已久的盛裝節(jié)日。

于是問題來了：既然那天沒什么特別的天象，他們一整夜都在鼓搗些什么呢？答：他們多半在觀測(cè)深空天體。

實(shí)際上，深空天體僅僅是一個(gè)廣泛流行于愛好者圈子里的說法，現(xiàn)代天文學(xué)并沒有定義這樣的詞匯。早在遠(yuǎn)古時(shí)期，曾有觀天者發(fā)現(xiàn)過一些不像星星的云霧狀天體鑲嵌在夜空中，隨著群星一道東升西落。它們數(shù)量不多，卻比漫天的星辰更能昭示宇宙的深邃。其中比較顯眼的有獵戶座星云，船底座星云，仙女座星云及大、小麥哲倫星云等。另有一些非常暗淡的霧斑狀天體，需要在極其優(yōu)良的大氣條件下才能勉強(qiáng)分辨，比如位于三角座和武仙座的兩片非常暗弱的霧狀天體M33和M13，都幾乎達(dá)到了人眼夜視的極限。曾有人統(tǒng)計(jì)過，全天能用裸眼看到的云霧狀天體約有20個(gè)。

早期的天文學(xué)家曾將那些云霧狀天體籠統(tǒng)地稱為深空天體，因?yàn)樗鼈兊奈恢孟鄬?duì)固定，不像行星和彗星那樣在星座間自由穿行。這說明它們不屬于太陽系，而是距離我們非常遙遠(yuǎn)的天體。如今，天文學(xué)家不再勞心費(fèi)力地為它們逐個(gè)編號(hào)、命名，因?yàn)檫@樣的統(tǒng)計(jì)工作不僅沒有盡頭而且沒有意義。美國(guó)航空航天局在20世紀(jì)90年代發(fā)射升空的哈勃空間望遠(yuǎn)鏡隨便指向哪個(gè)方向都可以發(fā)現(xiàn)成千上萬這樣的深空天體。

那么，這些無處不在的云霧狀天體究竟是什么呢？這個(gè)問題直到100年前都還沒有一個(gè)確切的答案。不過，越來越龐大的觀天望遠(yuǎn)鏡和越來越先進(jìn)的天體測(cè)量手段還是為天文學(xué)家?guī)砹嗽S多線索?？梢钥隙ǖ氖牵羁仗祗w似乎是許多類不同天體的總稱，比如疏散星團(tuán)和球狀星團(tuán)，它們?cè)谛⌒驮O(shè)備中往往會(huì)呈現(xiàn)出云霧狀，而在大型望遠(yuǎn)鏡中卻可能被分解出單顆恒星，口徑越大的望遠(yuǎn)鏡分解出的恒星數(shù)目越多。為了說明星團(tuán)在粗糙的設(shè)備中為何會(huì)呈現(xiàn)云霧狀，金牛座的昴星團(tuán)是一個(gè)不錯(cuò)的例子。它是一個(gè)距離地球很近的疏散星團(tuán)，位于北天，亮度很高，誕生時(shí)間大約在1億年前（侏羅紀(jì)時(shí)代的恐龍很可能沒見過它）。視力不佳者或巡天不仔細(xì)的人很容易將它視作一個(gè)云霧狀天體。不過，視力正常的人應(yīng)該能夠在其中分辨出至少6顆成員星。有趣的是，昴星團(tuán)在中國(guó)有一個(gè)綽號(hào)，叫“七姐妹星團(tuán)”，說明曾有中國(guó)古代的觀天者發(fā)現(xiàn)了第七顆成員星。更有甚者，某些視力超群的人聲稱自己能在其中辨別出8顆以上的成員星！鑒于昴星團(tuán)的亮度很高，城市中也可以觀測(cè)到，有興趣的讀者不妨在秋、冬季的時(shí)候選一個(gè)晴朗的夜晚，試試自己眼力如何。

? ? 哈勃空間望遠(yuǎn)鏡拍攝的超深空?qǐng)?，攝于1998年9月至10月。為了獲得該照片，哈勃空間望遠(yuǎn)鏡朝向杜鵑座的一個(gè)方向連續(xù)曝光了10天。其中的十字狀星點(diǎn)是銀河系以內(nèi)的恒星，除此以外，照片里的每一片光斑都是一個(gè)遙遠(yuǎn)的星系，而星系是最常見的一類深空天體。

無獨(dú)有偶，夏季夜空中最令人著迷的銀河看起來也是煙霧狀的，西方人曾以為那是天堂中一條用牛奶鋪就的道路。1609年，當(dāng)伽利略把自制的天文望遠(yuǎn)鏡指向銀河的時(shí)候便發(fā)現(xiàn)，它其實(shí)是一條由無數(shù)顆恒星組成的帶狀結(jié)構(gòu)。也許是類似現(xiàn)象啟發(fā)了后來的天文學(xué)家，有人開始猜測(cè)天上所有的云霧狀天體都是未被分解開的星團(tuán)。18世紀(jì)英國(guó)著名的天文學(xué)家威廉·赫歇爾（1738-1822） 就曾經(jīng)耗費(fèi)相當(dāng)大的精力磨制超大口徑的天文望遠(yuǎn)鏡，其初衷之一便是試圖將更多的云霧狀天體分解為單顆恒星，以證明其星團(tuán)本質(zhì)。然而最終的結(jié)果有些出人意料。的確，赫歇爾利用更大的設(shè)備成功分解了一些前人難以分解的星團(tuán)，但也發(fā)現(xiàn)了更多更加暗淡的深空天體，其數(shù)量之多出乎所有人的預(yù)料。赫歇爾不得不將它們以1000個(gè)為一組分批出版，公之于眾。

到20世紀(jì)初的時(shí)候，天文學(xué)家手中口徑最大的望遠(yuǎn)鏡當(dāng)屬美國(guó)加利福尼亞州威爾遜山上的254厘米胡克反射望遠(yuǎn)鏡。據(jù)說邁克爾遜曾用它測(cè)定參宿四的半徑和距離。然而，即便是這樣的巨無霸設(shè)備也只能將很少一部分深空天體分解為單顆恒星，余下的云霧狀天體則被天文學(xué)家籠統(tǒng)地稱為星云。至于星云的本質(zhì)究竟是“星”還是“云”，它們究竟是銀河系以內(nèi)的天體還是銀河系以外的星系，這些問題在當(dāng)時(shí)都不甚明了。不過在此之前，有人曾發(fā)現(xiàn)某些星云的直徑同照亮它的恒星的亮度成正比，而另一些人則從M5 1這樣的深空天體中發(fā)現(xiàn)了螺旋結(jié)構(gòu)存在的痕跡。美國(guó)天文學(xué)家埃德溫·哈勃（1889—1953）據(jù)此猜測(cè)前者多為銀河系內(nèi)的云團(tuán)，而后者則是一些距離我們十分遙遠(yuǎn)的恒星系統(tǒng)。1924年，哈勃終于獲得了支持自己猜想的關(guān)鍵性證據(jù)。當(dāng)時(shí)，他利用威爾遜山上的望遠(yuǎn)鏡成功分解出了M31附近的幾顆恒星，然后利用造父變星法測(cè)定了它們的距離。他發(fā)現(xiàn)這些恒星距離我們都遠(yuǎn)達(dá)數(shù)十萬光年（這個(gè)數(shù)字后來被修正到220萬光年），遠(yuǎn)超當(dāng)時(shí)已知的銀河系尺度。由此哈勃確認(rèn)了第一個(gè)河外星系的存在，即前文提到過的仙女座星云。

水母星云

哈勃的發(fā)現(xiàn)不僅終結(jié)了天文學(xué)界關(guān)于宇宙島（即河外星系）是否存在的爭(zhēng)論，而且澄清了深空天體的本質(zhì)。如今，天文愛好者關(guān)注的深空天體通常包含了以下8種：①疏散星團(tuán);②球狀星團(tuán);③行星狀星云;④發(fā)射星云;⑤反射星云;⑥暗星云;⑦超新星遺跡;⑧星系。下面我們分別介紹它們。

疏散星團(tuán)和球狀星團(tuán)

這兩類天體都是最早被發(fā)現(xiàn)的深空天體類型。疏散星團(tuán)以前文提到的昴星團(tuán)為代表。其他一些肉眼可見的疏散星團(tuán)還有金牛座的畢星團(tuán)（Cr50）、天蝎座的托勒密星團(tuán)（M7）、南天的珠寶盒星團(tuán)（NGC4755）等等。從全天分布上看，疏散星團(tuán)基本都位于銀河系平面附近，在垂直于銀

河系平面的兩個(gè)銀極方向上則少有分布。事實(shí)上，疏散星團(tuán)的成員看起來并不總是聚集在一起。隨著天體測(cè)量技術(shù)的提高，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)許多夜空中看似不相干的恒星實(shí)際上可能同屬一個(gè)疏散星團(tuán)，只是由于星團(tuán)中心距離我們太近產(chǎn)生的錯(cuò)覺而已。這樣的天體系統(tǒng)被統(tǒng)稱為移動(dòng)星群。最著名的移動(dòng)星群當(dāng)屬大熊座移動(dòng)星群（Cr285），它的成員星包含了從北斗七星到天兔座的許多亮星。該移動(dòng)星群的中心距離地球約80光年，移動(dòng)方向朝向人馬座。

球狀星團(tuán)以前文提到的武仙座暗弱天體（M13，武仙座大球狀星團(tuán)）為代表，此外，位于人馬座的球狀星團(tuán)M22也在最明亮的球狀星團(tuán)之列。不過，在南半球的天空里還隱藏著兩個(gè)更大、更壯觀的球狀星團(tuán)：半人馬座歐米伽星團(tuán)和杜鵑座4 7星團(tuán)，只是它們的赤緯較低，只適合在赤道附近或南半球觀賞。與疏散星團(tuán)不同的是，球狀星團(tuán)看起來更致密，尤其是核心處，幾乎不可能分辨出單個(gè)恒星。球狀星團(tuán)的直徑一般在10光年左右，成員星數(shù)目可達(dá)十萬量級(jí)。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的系內(nèi)球狀星團(tuán)約有150個(gè)，以銀河系核為中心呈球形分布。不過，由于我們的太陽不在銀河系中心，夏、秋兩季天空中的球狀星團(tuán)數(shù)目似乎更多一些，而冬、春兩季相對(duì)較少。

行星狀星云

小麥哲倫星云星云

行星狀星云得名自它在望遠(yuǎn)鏡中的形象，因?yàn)樗鼈兂蹩雌饋砭拖裥行悄菢?，?huì)呈現(xiàn)出一個(gè)細(xì)小的圓面。不過也有例外，例如寶瓶座的螺旋星云（NGC7293）在望遠(yuǎn)鏡里看起來就有半個(gè)滿月那么大。夜空中的行星狀星云數(shù)目繁多，形狀千奇百怪，色彩斑斕，放在一起儼然就是銀河系里的一場(chǎng)珠寶展示會(huì)。它們的來源多為超新星爆發(fā)，有人還可以用望遠(yuǎn)鏡在星云中心找到當(dāng)年爆發(fā)

后殘留的中央星（一般是白矮星）。

發(fā)射星云、反射星云和暗星云

這實(shí)際上代表了星云存在的三種方式，前兩種是可見的，后一種則是因?yàn)椴话l(fā)光的巨大星云遮擋了其背后的星光，因而看起來好像是星海中間有一個(gè)神秘的空洞。最著名的暗星云當(dāng)屬南十字座中的煤袋星云，人們用肉眼就可以在南半球的銀河中看見其輪廓。

發(fā)射星云和反射星云是根據(jù)星云的光譜類型來區(qū)分的，不同的光譜類型代表著完全不同的發(fā)光機(jī)制。一般來說，發(fā)射星云之所以能被看到，是因?yàn)樗母浇嬖跓霟岬暮阈腔蛘咝菆F(tuán)，星云中的氫原子被后者加熱后發(fā)生電子軌道躍遷。當(dāng)電子被氫原子核重新俘獲的時(shí)候便會(huì)向外輻射特定波長(zhǎng)的光子。在宇宙空間里，這種輻射以656.28納米波長(zhǎng)的紅色H-α線為主，所以發(fā)射星云看起來都是紅色的。

相比之下，反射星云的發(fā)光機(jī)制要簡(jiǎn)單得多，它實(shí)際上就是一片被附近恒星勉強(qiáng)照亮的暗星云。根據(jù)瑞利散射定律，光的散射能力同頻率的四次方成正比，所以反射星云看起來基本都是天藍(lán)色的。

超新星遺跡

這類天體中有一個(gè)如雷貫耳的成員，即梅西耶星表的第一號(hào)天體：金牛座蟹狀星云。它是1054超新星膨脹至今的遺跡。它之所以著名還有另外一個(gè)原因：它是少數(shù)能被人們與歷史上已知的超新星爆發(fā)事件相結(jié)合的星云遺跡。要知道，歷史上多數(shù)有記錄的目視超新星都沒有在可見光波段留下痕跡，或者說，夜空中絕大多數(shù)的超新星遺跡都是史前時(shí)代的某次爆發(fā)留下的，比如雙子座中的水母星云就來自3萬至3000年前的一次超新星爆發(fā)。

星系

此類天體中最著名的當(dāng)屬前文講到的仙女座大星系（M31），它的規(guī)模約為銀河系的2倍，距離地球254萬光年，幾乎是人類裸眼能看到的最遠(yuǎn)物體。距離M31不遠(yuǎn)的三角座內(nèi)還有一個(gè)肉眼勉強(qiáng)可見的旋渦星系M33，是本星系群里僅次于M3 1和銀河系的第三大星系。除此以外，在南半球還有兩個(gè)更壯觀的河外星系，即大、小麥哲倫星云，它們都是距離我們較近的銀河系伴星系。由

于銀河系塵埃帶的阻擋，本星系群以外肉眼可見的河外星系基本都分布在遠(yuǎn)離銀道面的地方，或者說南、北銀緯比較高的方向上。比如，北銀極附近的獅子座、后發(fā)座、室女座、大熊座和牧夫座等都是河外星系大量聚集之處。同理，南銀極附近的鯨魚座、鳳凰座和天爐座中也分布有許多著名的星系和星系團(tuán)。這些星座的深空天體均以星系為主，前四類天體較少。

如此看來，單單是深空天體就有那么多有趣的目標(biāo)等著人們?nèi)ヌ剿鳎煳膼酆谜咦匀灰簿兔客矶济Φ貌灰鄻泛趿恕?