论文部分内容阅读
如果你身边恰巧有一位天文爱好者，也许你会时常看到他（她）好似蚂蚁搬家一样拖着沉重的旅行箱上山下乡，去野外观星，这时你或许会以为他们是特地去观看什么壮观的天象。事实上，我们头顶的星空是很静谧的，除了偶尔飞逝的流星，并没有什么特别刺激眼球的东西。而他们之所以选择在那一天出行，无非是三个因素刚好凑在了一起：晴天、无月、周末休息。这种日子对普通人来说也许只是一个晒被子的好时机，而对天文爱好者却意味着一场期盼已久的盛装节日。
于是问题来了：既然那天没什么特别的天象，他们一整夜都在鼓捣些什么呢？答：他们多半在观测深空天体。
实际上，深空天体仅仅是一个广泛流行于爱好者圈子里的说法，现代天文学并没有定义这样的词汇。早在远古时期，曾有观天者发现过一些不像星星的云雾状天体镶嵌在夜空中，随着群星一道东升西落。它们数量不多，却比漫天的星辰更能昭示宇宙的深邃。其中比较显眼的有猎户座星云，船底座星云，仙女座星云及大、小麦哲伦星云等。另有一些非常暗淡的雾斑状天体，需要在极其优良的大气条件下才能勉强分辨，比如位于三角座和武仙座的两片非常暗弱的雾状天体M33和M13，都几乎达到了人眼夜视的极限。曾有人统计过，全天能用裸眼看到的云雾状天体约有20个。
早期的天文学家曾将那些云雾状天体笼统地称为深空天体，因为它们的位置相对固定，不像行星和彗星那样在星座间自由穿行。这说明它们不属于太阳系，而是距离我们非常遥远的天体。如今，天文学家不再劳心费力地为它们逐个编号、命名，因为这样的统计工作不仅没有尽头而且没有意义。美国航空航天局在20世纪90年代发射升空的哈勃空间望远镜随便指向哪个方向都可以发现成千上万这样的深空天体。
那么，这些无处不在的云雾状天体究竟是什么呢？这个问题直到100年前都还没有一个确切的答案。不过，越来越庞大的观天望远镜和越来越先进的天体测量手段还是为天文学家带来了许多线索。可以肯定的是，深空天体似乎是许多类不同天体的总称，比如疏散星团和球状星团，它们在小型设备中往往会呈现出云雾状，而在大型望远镜中却可能被分解出单颗恒星，口径越大的望远镜分解出的恒星数目越多。为了说明星团在粗糙的设备中为何会呈现云雾状，金牛座的昴星团是一个不错的例子。它是一个距离地球很近的疏散星团，位于北天，亮度很高，诞生时间大约在1亿年前（侏罗纪时代的恐龙很可能没见过它）。视力不佳者或巡天不仔细的人很容易将它视作一个云雾状天体。不过，视力正常的人应该能够在其中分辨出至少6颗成员星。有趣的是，昴星团在中国有一个绰号，叫“七姐妹星团”，说明曾有中国古代的观天者发现了第七颗成员星。更有甚者，某些视力超群的人声称自己能在其中辨别出8颗以上的成员星！鉴于昴星团的亮度很高，城市中也可以观测到，有兴趣的读者不妨在秋、冬季的时候选一个晴朗的夜晚，试试自己眼力如何。
哈勃空间望远镜拍摄的超深空场，摄于1998年9月至10月。为了获得该照片，哈勃空间望远镜朝向杜鹃座的一个方向连续曝光了10天。其中的十字状星点是银河系以内的恒星，除此以外，照片里的每一片光斑都是一个遥远的星系，而星系是最常见的一类深空天体。
无独有偶，夏季夜空中最令人着迷的银河看起来也是烟雾状的，西方人曾以为那是天堂中一条用牛奶铺就的道路。1609年，当伽利略把自制的天文望远镜指向银河的时候便发现，它其实是一条由无数颗恒星组成的带状结构。也许是类似现象启发了后来的天文学家，有人开始猜测天上所有的云雾状天体都是未被分解开的星团。18世纪英国著名的天文学家威廉·赫歇尔（1738-1822） 就曾经耗费相当大的精力磨制超大口径的天文望远镜，其初衷之一便是试图将更多的云雾状天体分解为单颗恒星，以证明其星团本质。然而最终的结果有些出人意料。的确，赫歇尔利用更大的设备成功分解了一些前人难以分解的星团，但也发现了更多更加暗淡的深空天体，其数量之多出乎所有人的预料。赫歇尔不得不将它们以1000个为一组分批出版，公之于众。
到20世纪初的时候，天文学家手中口径最大的望远镜当属美国加利福尼亚州威尔逊山上的254厘米胡克反射望远镜。据说迈克尔逊曾用它测定参宿四的半径和距离。然而，即便是这样的巨无霸设备也只能将很少一部分深空天体分解为单颗恒星，余下的云雾状天体则被天文学家笼统地称为星云。至于星云的本质究竟是“星”还是“云”，它们究竟是银河系以内的天体还是银河系以外的星系，这些问题在当时都不甚明了。不过在此之前，有人曾发现某些星云的直径同照亮它的恒星的亮度成正比，而另一些人则从M5 1这样的深空天体中发现了螺旋结构存在的痕迹。美国天文学家埃德温·哈勃（1889—1953）据此猜测前者多为银河系内的云团，而后者则是一些距离我们十分遥远的恒星系统。1924年，哈勃终于获得了支持自己猜想的关键性证据。当时，他利用威尔逊山上的望远镜成功分解出了M31附近的几颗恒星，然后利用造父变星法测定了它们的距离。他发现这些恒星距离我们都远达数十万光年（这个数字后来被修正到220万光年），远超当时已知的银河系尺度。由此哈勃确认了第一个河外星系的存在，即前文提到过的仙女座星云。
水母星云
疏散星团和球状星团
这两类天体都是最早被发现的深空天体类型。疏散星团以前文提到的昴星团为代表。其他一些肉眼可见的疏散星团还有金牛座的毕星团（Cr50）、天蝎座的托勒密星团（M7）、南天的珠宝盒星团（NGC4755）等等。从全天分布上看，疏散星团基本都位于银河系平面附近，在垂直于银
河系平面的两个银极方向上则少有分布。事实上，疏散星团的成员看起来并不总是聚集在一起。随着天体测量技术的提高，天文学家发现许多夜空中看似不相干的恒星实际上可能同属一个疏散星团，只是由于星团中心距离我们太近产生的错觉而已。这样的天体系统被统称为移动星群。最著名的移动星群当属大熊座移动星群（Cr285），它的成员星包含了从北斗七星到天兔座的许多亮星。该移动星群的中心距离地球约80光年，移动方向朝向人马座。
球状星团以前文提到的武仙座暗弱天体（M13，武仙座大球状星团）为代表，此外，位于人马座的球状星团M22也在最明亮的球状星团之列。不过，在南半球的天空里还隐藏着两个更大、更壮观的球状星团：半人马座欧米伽星团和杜鹃座4 7星团，只是它们的赤纬较低，只适合在赤道附近或南半球观赏。与疏散星团不同的是，球状星团看起来更致密，尤其是核心处，几乎不可能分辨出单个恒星。球状星团的直径一般在10光年左右，成员星数目可达十万量级。目前已经发现的系内球状星团约有150个，以银河系核为中心呈球形分布。不过，由于我们的太阳不在银河系中心，夏、秋两季天空中的球状星团数目似乎更多一些，而冬、春两季相对较少。
行星状星云
小麦哲伦星云星云
行星状星云得名自它在望远镜中的形象，因为它们初看起来就像行星那样，会呈现出一个细小的圆面。不过也有例外，例如宝瓶座的螺旋星云（NGC7293）在望远镜里看起来就有半个满月那么大。夜空中的行星状星云数目繁多，形状千奇百怪，色彩斑斓，放在一起俨然就是银河系里的一场珠宝展示会。它们的来源多为超新星爆发，有人还可以用望远镜在星云中心找到当年爆发
后残留的中央星（一般是白矮星）。
发射星云、反射星云和暗星云
这实际上代表了星云存在的三种方式，前两种是可见的，后一种则是因为不发光的巨大星云遮挡了其背后的星光，因而看起来好像是星海中间有一个神秘的空洞。最著名的暗星云当属南十字座中的煤袋星云，人们用肉眼就可以在南半球的银河中看见其轮廓。
发射星云和反射星云是根据星云的光谱类型来区分的，不同的光谱类型代表着完全不同的发光机制。一般来说，发射星云之所以能被看到，是因为它的附近存在炽热的恒星或者星团，星云中的氢原子被后者加热后发生电子轨道跃迁。当电子被氢原子核重新俘获的时候便会向外辐射特定波长的光子。在宇宙空间里，这种辐射以656.28纳米波长的红色H-α线为主，所以发射星云看起来都是红色的。
相比之下，反射星云的发光机制要简单得多，它实际上就是一片被附近恒星勉强照亮的暗星云。根据瑞利散射定律，光的散射能力同频率的四次方成正比，所以反射星云看起来基本都是天蓝色的。
超新星遗迹
这类天体中有一个如雷贯耳的成员，即梅西耶星表的第一号天体：金牛座蟹状星云。它是1054超新星膨胀至今的遗迹。它之所以著名还有另外一个原因：它是少数能被人们与历史上已知的超新星爆发事件相结合的星云遗迹。要知道，历史上多数有记录的目视超新星都没有在可见光波段留下痕迹，或者说，夜空中绝大多数的超新星遗迹都是史前时代的某次爆发留下的，比如双子座中的水母星云就来自3万至3000年前的一次超新星爆发。
星系
此类天体中最著名的当属前文讲到的仙女座大星系（M31），它的规模约为银河系的2倍，距离地球254万光年，几乎是人类裸眼能看到的最远物体。距离M31不远的三角座内还有一个肉眼勉强可见的旋涡星系M33，是本星系群里仅次于M3 1和银河系的第三大星系。除此以外，在南半球还有两个更壮观的河外星系，即大、小麦哲伦星云，它们都是距离我们较近的银河系伴星系。由
于银河系尘埃带的阻挡，本星系群以外肉眼可见的河外星系基本都分布在远离银道面的地方，或者说南、北银纬比较高的方向上。比如，北银极附近的狮子座、后发座、室女座、大熊座和牧夫座等都是河外星系大量聚集之处。同理，南银极附近的鲸鱼座、凤凰座和天炉座中也分布有许多著名的星系和星系团。这些星座的深空天体均以星系为主，前四类天体较少。
如此看来，单单是深空天体就有那么多有趣的目标等着人们去探索，天文爱好者自然也就每晚都忙得不亦乐乎了。
于是问题来了：既然那天没什么特别的天象，他们一整夜都在鼓捣些什么呢？答：他们多半在观测深空天体。
实际上，深空天体仅仅是一个广泛流行于爱好者圈子里的说法，现代天文学并没有定义这样的词汇。早在远古时期，曾有观天者发现过一些不像星星的云雾状天体镶嵌在夜空中，随着群星一道东升西落。它们数量不多，却比漫天的星辰更能昭示宇宙的深邃。其中比较显眼的有猎户座星云，船底座星云，仙女座星云及大、小麦哲伦星云等。另有一些非常暗淡的雾斑状天体，需要在极其优良的大气条件下才能勉强分辨，比如位于三角座和武仙座的两片非常暗弱的雾状天体M33和M13，都几乎达到了人眼夜视的极限。曾有人统计过，全天能用裸眼看到的云雾状天体约有20个。
早期的天文学家曾将那些云雾状天体笼统地称为深空天体，因为它们的位置相对固定，不像行星和彗星那样在星座间自由穿行。这说明它们不属于太阳系，而是距离我们非常遥远的天体。如今，天文学家不再劳心费力地为它们逐个编号、命名，因为这样的统计工作不仅没有尽头而且没有意义。美国航空航天局在20世纪90年代发射升空的哈勃空间望远镜随便指向哪个方向都可以发现成千上万这样的深空天体。
那么，这些无处不在的云雾状天体究竟是什么呢？这个问题直到100年前都还没有一个确切的答案。不过，越来越庞大的观天望远镜和越来越先进的天体测量手段还是为天文学家带来了许多线索。可以肯定的是，深空天体似乎是许多类不同天体的总称，比如疏散星团和球状星团，它们在小型设备中往往会呈现出云雾状，而在大型望远镜中却可能被分解出单颗恒星，口径越大的望远镜分解出的恒星数目越多。为了说明星团在粗糙的设备中为何会呈现云雾状，金牛座的昴星团是一个不错的例子。它是一个距离地球很近的疏散星团，位于北天，亮度很高，诞生时间大约在1亿年前（侏罗纪时代的恐龙很可能没见过它）。视力不佳者或巡天不仔细的人很容易将它视作一个云雾状天体。不过，视力正常的人应该能够在其中分辨出至少6颗成员星。有趣的是，昴星团在中国有一个绰号，叫“七姐妹星团”，说明曾有中国古代的观天者发现了第七颗成员星。更有甚者，某些视力超群的人声称自己能在其中辨别出8颗以上的成员星！鉴于昴星团的亮度很高，城市中也可以观测到，有兴趣的读者不妨在秋、冬季的时候选一个晴朗的夜晚，试试自己眼力如何。
无独有偶，夏季夜空中最令人着迷的银河看起来也是烟雾状的，西方人曾以为那是天堂中一条用牛奶铺就的道路。1609年，当伽利略把自制的天文望远镜指向银河的时候便发现，它其实是一条由无数颗恒星组成的带状结构。也许是类似现象启发了后来的天文学家，有人开始猜测天上所有的云雾状天体都是未被分解开的星团。18世纪英国著名的天文学家威廉·赫歇尔（1738-1822） 就曾经耗费相当大的精力磨制超大口径的天文望远镜，其初衷之一便是试图将更多的云雾状天体分解为单颗恒星，以证明其星团本质。然而最终的结果有些出人意料。的确，赫歇尔利用更大的设备成功分解了一些前人难以分解的星团，但也发现了更多更加暗淡的深空天体，其数量之多出乎所有人的预料。赫歇尔不得不将它们以1000个为一组分批出版，公之于众。
到20世纪初的时候，天文学家手中口径最大的望远镜当属美国加利福尼亚州威尔逊山上的254厘米胡克反射望远镜。据说迈克尔逊曾用它测定参宿四的半径和距离。然而，即便是这样的巨无霸设备也只能将很少一部分深空天体分解为单颗恒星，余下的云雾状天体则被天文学家笼统地称为星云。至于星云的本质究竟是“星”还是“云”，它们究竟是银河系以内的天体还是银河系以外的星系，这些问题在当时都不甚明了。不过在此之前，有人曾发现某些星云的直径同照亮它的恒星的亮度成正比，而另一些人则从M5 1这样的深空天体中发现了螺旋结构存在的痕迹。美国天文学家埃德温·哈勃（1889—1953）据此猜测前者多为银河系内的云团，而后者则是一些距离我们十分遥远的恒星系统。1924年，哈勃终于获得了支持自己猜想的关键性证据。当时，他利用威尔逊山上的望远镜成功分解出了M31附近的几颗恒星，然后利用造父变星法测定了它们的距离。他发现这些恒星距离我们都远达数十万光年（这个数字后来被修正到220万光年），远超当时已知的银河系尺度。由此哈勃确认了第一个河外星系的存在，即前文提到过的仙女座星云。
疏散星团和球状星团
这两类天体都是最早被发现的深空天体类型。疏散星团以前文提到的昴星团为代表。其他一些肉眼可见的疏散星团还有金牛座的毕星团（Cr50）、天蝎座的托勒密星团（M7）、南天的珠宝盒星团（NGC4755）等等。从全天分布上看，疏散星团基本都位于银河系平面附近，在垂直于银
河系平面的两个银极方向上则少有分布。事实上，疏散星团的成员看起来并不总是聚集在一起。随着天体测量技术的提高，天文学家发现许多夜空中看似不相干的恒星实际上可能同属一个疏散星团，只是由于星团中心距离我们太近产生的错觉而已。这样的天体系统被统称为移动星群。最著名的移动星群当属大熊座移动星群（Cr285），它的成员星包含了从北斗七星到天兔座的许多亮星。该移动星群的中心距离地球约80光年，移动方向朝向人马座。
球状星团以前文提到的武仙座暗弱天体（M13，武仙座大球状星团）为代表，此外，位于人马座的球状星团M22也在最明亮的球状星团之列。不过，在南半球的天空里还隐藏着两个更大、更壮观的球状星团：半人马座欧米伽星团和杜鹃座4 7星团，只是它们的赤纬较低，只适合在赤道附近或南半球观赏。与疏散星团不同的是，球状星团看起来更致密，尤其是核心处，几乎不可能分辨出单个恒星。球状星团的直径一般在10光年左右，成员星数目可达十万量级。目前已经发现的系内球状星团约有150个，以银河系核为中心呈球形分布。不过，由于我们的太阳不在银河系中心，夏、秋两季天空中的球状星团数目似乎更多一些，而冬、春两季相对较少。
行星状星云
行星状星云得名自它在望远镜中的形象，因为它们初看起来就像行星那样，会呈现出一个细小的圆面。不过也有例外，例如宝瓶座的螺旋星云（NGC7293）在望远镜里看起来就有半个满月那么大。夜空中的行星状星云数目繁多，形状千奇百怪，色彩斑斓，放在一起俨然就是银河系里的一场珠宝展示会。它们的来源多为超新星爆发，有人还可以用望远镜在星云中心找到当年爆发
后残留的中央星（一般是白矮星）。
发射星云、反射星云和暗星云
这实际上代表了星云存在的三种方式，前两种是可见的，后一种则是因为不发光的巨大星云遮挡了其背后的星光，因而看起来好像是星海中间有一个神秘的空洞。最著名的暗星云当属南十字座中的煤袋星云，人们用肉眼就可以在南半球的银河中看见其轮廓。
发射星云和反射星云是根据星云的光谱类型来区分的，不同的光谱类型代表着完全不同的发光机制。一般来说，发射星云之所以能被看到，是因为它的附近存在炽热的恒星或者星团，星云中的氢原子被后者加热后发生电子轨道跃迁。当电子被氢原子核重新俘获的时候便会向外辐射特定波长的光子。在宇宙空间里，这种辐射以656.28纳米波长的红色H-α线为主，所以发射星云看起来都是红色的。
相比之下，反射星云的发光机制要简单得多，它实际上就是一片被附近恒星勉强照亮的暗星云。根据瑞利散射定律，光的散射能力同频率的四次方成正比，所以反射星云看起来基本都是天蓝色的。
超新星遗迹
这类天体中有一个如雷贯耳的成员，即梅西耶星表的第一号天体：金牛座蟹状星云。它是1054超新星膨胀至今的遗迹。它之所以著名还有另外一个原因：它是少数能被人们与历史上已知的超新星爆发事件相结合的星云遗迹。要知道，历史上多数有记录的目视超新星都没有在可见光波段留下痕迹，或者说，夜空中绝大多数的超新星遗迹都是史前时代的某次爆发留下的，比如双子座中的水母星云就来自3万至3000年前的一次超新星爆发。
星系
此类天体中最著名的当属前文讲到的仙女座大星系（M31），它的规模约为银河系的2倍，距离地球254万光年，几乎是人类裸眼能看到的最远物体。距离M31不远的三角座内还有一个肉眼勉强可见的旋涡星系M33，是本星系群里仅次于M3 1和银河系的第三大星系。除此以外，在南半球还有两个更壮观的河外星系，即大、小麦哲伦星云，它们都是距离我们较近的银河系伴星系。由
于银河系尘埃带的阻挡，本星系群以外肉眼可见的河外星系基本都分布在远离银道面的地方，或者说南、北银纬比较高的方向上。比如，北银极附近的狮子座、后发座、室女座、大熊座和牧夫座等都是河外星系大量聚集之处。同理，南银极附近的鲸鱼座、凤凰座和天炉座中也分布有许多著名的星系和星系团。这些星座的深空天体均以星系为主，前四类天体较少。
如此看来，单单是深空天体就有那么多有趣的目标等着人们去探索，天文爱好者自然也就每晚都忙得不亦乐乎了。