浅论梅西耶天体

陈厚尊

如果你经常翻看天文科普书籍的话，多半会碰见些带M 编号的天体，例如M13、M42、M51、M101等等。这些好似密码一样的神秘编号究竟代表了什么呢？笔者小时候曾经特别留意收集这类M天体，我会从不同的天文书上将它们分门别类地摘录下来，那感觉就像收集小浣熊水浒卡一样。彼时互联网还不曾普及，这样的收集工作繁琐而辛苦，所以到最后我也没能收集全。长大后我才了解到，它们都是北半球天空中某些较明显的深空天体在《梅西耶星表》（Messier Catalog）中的代号。《梅西耶星表》的完整版自1781年发表以来，迄今已有200多年的历史。尽管星表中绝大部分深空天体的编号并没有什么明显规律（甚至有点混乱），但那些数字与其所指代的深空天体早已深入人心。如今，许多天文爱好者与星空彻夜相伴的时候，都以梅西耶天体作为自己的首要观测目标。梅西耶天体在业余圈子内越来越盛行，以至于形成了像“梅西耶天体马拉松”

这样独特的全球文化。

梅西耶星表的身世

前文提到，《梅西耶星表》的完整版由法国彗星猎手查尔斯·梅西耶（Charles Messier）

发表于1781年。梅西耶（参见图1）一生独立发现过13颗彗星，观测过的彗星数不胜数。法王路易十五盛赞他为“我的彗星猎人”。为了将彗星和天上的云雾状天体区分开，梅西耶于1760年着手编纂自己的星云星团表，后分三卷公之于众。第一卷发表于1774年，记录了M1～M45；第二卷发表于1780年，记录了M46～M70；第三卷发表于1781年， 记录了M71～M103。后来，有人在梅西耶及其好友皮埃尔·梅襄（Pierre Méchain）的观测记录中又找到了7个曾经被他们观测到却未被1781年版《梅西耶星表》记录在案的深空天体，于是将它们依次编号为M104～M110扩充进来，组成了如今流传甚广的“现代版”《梅西耶星表》。

受当时观测能力的限制，后人发现这110个M天体并不都是真正的深空天体。其中M40是位于大熊座的一对双星，亮度分别为9.0等和9.6等。两星看起来相距很近，实则只是一对并无联系的光学双星，21世纪间距约51角秒，比梅西耶当年观测它们的时候分得更开些。M73是位于宝瓶座的一组四合星，也是一个彼此间并无物理关联的小星群。M102是1781年由梅襄在北天发现的一个星系。2年后，他又在给约翰第三·伯努利（此人是天文学家，系数学家约翰·伯努利的孙子）的一封信中否认了这一发现，称那不过是M101的重复记录。不过，后人在梅西耶原始手稿的第102号所记录的天区附近，的确发现了一个与其文字描述相吻合的侧向星系NGC5866。梅襄当夜看到的目标是不是它，目前仍存有争议。为了保证星表的完整性，当下的普遍做法是姑且认为NGC5866就是M102，毕竟NGC5866附近的其他星系同《梅西耶星表》的星系比起来都太过暗淡了。M40、M73和M102常被合称为“遗失的梅西耶天体”，尽管它们上榜《梅西耶星表》有这样那样的疑问，可是原则上我们仍然将其保留于星表中，与其他M 天体一视同仁。

《梅西耶星表》的构成

总的来说，梅西耶天体共包含了7种类型的深空天体。除却上述的3个“遗失的梅西耶天体”外，余下的分别有：26个疏散星团、29个球状星团、1个超新星遗迹、39个星系、1个反射星云、6个发射星云和4个行星状星云，共计106个。另有一个M24无法归入以上任何类别。初看起来，M2 4好像是银河中部一个膨大的星云，但实际上它是盘踞在银河系盘面上的厚重的暗星云中间的一个空洞。透过它，人们可一窥银河系中心的模样。所以严格来讲，M24不能算作一个天体，它其

实是银河的一部分。那39个星系还可以按照“哈勃星系分类法”做进一步的划分，其中包含有8个棒旋星系、2个矮椭圆星系、6个椭圆星系、3个透镜状星系、19个旋涡星系和1个星暴星系。

对一架口径小于80mm的业余天文望远镜来说，《梅西耶星表》容纳了前者在北半球晴朗夜空中所能看到的大部分云雾状天体。因而这张星表一直是天文爱好者观测深空的入门级星表。不过，《梅西耶星表》漏选了一批非常明显而且重要的深空目标。也许有人会觉得这不过是梅西耶个人在制表时的疏忽大意，但原因其实没这么简单。例如，著名的金牛座昴星团入选了《梅西耶星表》，排名45号，可是同样著名的英仙座双星团却没有获得M 编号。又比如猎户座中最著名的火鸟星云（参见图2）入选《梅西耶星表》时一下获得两个编号：M42和M43。有人解释说M43其实是指“火鸟”的头，然而它们不过是被暗带隔开的同一片星云罢了。相信梅西耶对此心知肚明。何以《梅西耶星表》的成员组成如此反常？一种解释是说查尔斯·梅西耶在1774年发表星表第一卷的时候遭遇了同行竞争。为了在星表的规模上压对方一头，梅西耶在星表公开前夕，又临时添加了4个肉眼可见的明显目标，即猎户座大星云M42和M43、鬼星团M44和昴星团M45，至此目标达成，因而也就没再添加英仙座的双星团。不过，临时拼凑的这4个天体毕竟同梅西耶制表的初衷相悖，因而星表的后两卷也没有双星团的名字。除此之外，另外一些著名的深空天体的缺席恐怕就要归咎于梅西耶本人的失误了。比如玉夫座的银币星系、仙王座的烟火星系、猎犬座的不规则星系NGC4449、宝瓶座的螺旋星云、仙后座的猫头鹰星团等等，以它们的亮度和观赏性，放在《梅西耶星表》中毫不逊色。梅西耶当年一定没想到自己这份简陋的星表竟会对后世带来如此深刻的影响（否则他会不会谨慎些呢？），以至于那些没有获得M 编号的天体都受到了后世极大的冷落，尽管它们中的一些同样令人惊叹。不仅如此，受限于梅西耶本人的地理位置（法国纬度较高，可见的南天星座有限），一大批重要的南天目标都不在M星表上。为了弥补《梅西耶星表》的种种不足，英国业余天文学家帕特里克· 穆尔（Patrick Alfred Caldwell-Moore）曾于1995年12月快速拟定了一份《科德维尔星表》（Caldwell Catalogue），其中罗列了全天109个最著名的“非梅西耶天体”，并按照赤纬从北向南的顺序依次排列：C1最靠近北极星，C109最靠近南天极。这份星表自发表以来一直毁誉参半，笔者不想多赘述，有兴趣的读者可自行了解。

一些著名的梅西耶天体

M1：又名蟹状星云（Crab Nebula），《梅西耶星表》头一号天体，大名鼎鼎的1054超新星

残骸，在业余望远镜中看起来像是一片不规则的灰色斑块，长时间的曝光后便会呈现出一枚精致的红褐色星云的图像。

M4：位于天蝎座心宿二附近的巨大球状星团，结构松散，弥散面积广。在晴朗的乡村夜空中，仅用一架双筒望远镜便可仔细欣赏。然而在光污染严重的市区里，即便是大口径设备也难觅其踪影。

M6与M7：位于天蝎座“尾针”上的两个疏散星团。M6又名蝴蝶星团（Butterfly Cluster），M7又名托勒密星团（Ptolemy Cluster），因为它曾被托勒密用肉眼发现。即便是在市区里，

它们也可用双筒望远镜观赏。

M8：又名礁湖星云（Lagoon Nebula），是一片位于人马座的发射星云，在夜空中看起来有5

个满月那么大。星云中心还伴生有疏散星团（参见图3）。

M11：又名野鸭星团（Wild Duck Cluster），是一个位于盾牌座的十分致密的疏散星团，成员星多达3000颗。在小型望远镜中看起来一点也不像野鸭，倒像是一个松散的球状星团。

M13： 武仙座的大球状星团，也是北天夜空中最大的球状星团之一。据说在极度晴朗的情况下肉眼可见。美国的阿雷西博望远镜（Arecibo）在1974年建成之初，曾向这颗球状星团发射过一组大功率的射电信号，其中包含了人类DNA等信息，史称“阿雷西博信息”。

M16与M17： 两者位置相近，却被划入不同的星座。M16位于巨蛇座的蛇头部分，又名老鹰星云（Eagle Nebula）。哈勃空间望远镜拍摄的《创生之柱》便位于M16内部。M17在人马座，又名天鹅星云或者欧米茄星云（SwanorOmega Nebula），在小型望远镜中看起来确实很像一只停泊在繁星间的天鹅，“天鹅”的曲颈和收起的翅膀都惟妙惟肖。

M22：位于人马座，是北天可见最大的球状星团，同时也是距离地球最近的球状星团之一，亮度上比M13还略胜一筹，只是赤纬偏南，地平高度很低，因而知名度不及前者。

M27：又名哑铃星云（Dumbbell Nebula），是一个位于狐狸座的行星状星云。望远镜里的目视效果好像是一颗灰白色的苹果核，经过数码相机长时间的曝光后会呈现为一小片梦幻般的蓝色星云。

M31：著名的仙女座星系（Andromeda Galaxy），初看起来就像是夜空中一个烛火模样的灰斑，即使在城市郊区也肉眼可见。仙女座星系距离我们254万光年，总质量超过1500亿颗太阳， 也是天文学家确认的第一个河外天体。它的伴星系包含了M32、M110、NGC185、NGC147等数十个大小不等的星系。据天文学家计算，仙女座星系将在40亿年后同银河系相撞。

M33：著名的三角星系（Triangulum Galaxy），表面亮度很低，在极晴朗的夜空中肉眼可见，是本星系群中仅次于仙女座星系和银河系的第三大星系。

M44：著名的鬼星团，又名蜂巢星团（Beehive Cluster），是一个巨蟹座中肉眼可见的疏散星团。中国古代称之为“积尸气”，认为它由升天的鬼火组成。

M46与M47：位于船尾座的两个对比明显的疏散星团，前者成员星多而细密，在澄明的夜空下目视效果令人震撼；后者的成员星明亮而稀疏，在市区中也能用双筒观赏。有趣的是，在M46北侧边缘上隐藏着一个精致的行星状星云NGC2438，初次目睹之人容易将其误认为是M46中一颗死亡恒星的遗骸。然而深入的研究表明它并非M46的成员，二者不过是视线方向恰好重合罢了（参见图4）。

M51：位于猎犬座的旋涡星系（Whirlpool Galaxy），它是天文史上首个被发现有旋臂痕迹的星系。M51近旁有一个与它相互作用的伴星系NGC5195。这也是人类发现的第一对相互作用星系。

M57：美丽的环状星云（Ring Nebula），位于天琴座γ星和β星的连线中间，是一片行星状

星云。M57表面亮度很高，观看效果受光污染的影响小，可是由于其视面积狭小，更适合在天文望远镜下观赏。初看起来，M57就像是一个精致的灰白色小烟圈，经过相机长时间曝光后可分辨其壳层结构：内层蓝绿色，外层微红色。前者来自OIII发射线，后者来自Hα线和NII线。值得一提的是，蓝绿色的OIII发射线是许多行星状星云的主要特征。根据量子力学的原子跃迁法则，OIII线是一条禁线（Forbidden Line），这样的发射线绝不可能出现在地面实验室里。不过在极度稀薄的宇宙空间中有可能存在。

M65与M66：这是一对位于狮子座下部的星系。其实这两个星系近旁还有另一个侧向星系NGC3628，三者共同组成了狮子座三重奏（Leo Triplet）。这也是天文爱好者最常观测的目标之一。

M81与M82：这是一对位于大熊座的相互作用的星系，即使是在略有光污染的城镇郊区也可用双筒定位到它们。M81又称为波德星系（Bodes Galaxy），是一个巨大的旋涡星系。M82外号雪茄星系（Cigar Galaxy），是前者附近的一个星暴星系（Starburst Galaxies）。事实上，仅用一架中等口径的天文望远镜便可目视到M82中心的那道贯穿性裂缝。斯皮策空间望远镜揭示出这个星系的核心正在经历一轮不可思议的恒星诞生潮，大量新生恒星剧烈地加热星核里的尘埃带，令它们发出相当于300亿倍太阳光度的红外线。究竟何种原因导致了如此惊人的星暴过程？这是天文学上的一个谜。

M87：这是一个位于室女座的椭圆星系，又称为室女座A星系（Virgo A），几乎是人们已知的最巨大的椭圆星系。M87核心明亮，且无明显结构可辨。哈勃望远镜曾在它的核心处观察到一道巨大的喷流，向外高速喷发。早期的分析一度认为M8 7的核心喷流速度已超过光速，后来才发现那不过是一种视觉上的“伪超光速”。

M97：参见图5，又称枭状星云（Owl Nebula），是位于大熊座的一个行星状星云。M97表面泛着OIII的蓝绿色发射线，模样确实很像一只猫头鹰的正脸。M97旁边是《梅西耶星表》排名第108号的天体，这是一个侧向的棒旋星系。如此难得的深空天体组合总是会引来众多天体摄影师的垂涎。

M101：外号风车星系（Pinwheel Galaxy），是一个位于北天大熊座边缘的旋涡星系，几乎完全面向地球，占据的面积有一个满月那么大。如果天气晴朗且无光害的话，双筒望远镜即可观赏到它。

M104：参见图6，著名的草帽星系（Sombrero Galaxy），位于室女座。哈勃空间望远镜的这张照片曾一度使得该天体声名大振。M101与M104是一组对比鲜明的目标，前者是典型的面向星系，后者是典型的侧向星系。当星系以不同的姿态面向我们的时候，往往可以表现出迥然不同的特征。以M104为例，我们可以清晰地看到它盘面上厚重的尘埃带。实际上，我们的银河系也有一条

类似的尘埃带，它将夜空中巨大的银河一分为二。这样的类比暗示我们，也许银河系的侧面看上去会跟上面的M104非常像。