淺論梅西耶天體

陳厚尊

如果你經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。彼時互聯網還不曾普及，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律（甚至有點混亂），但那些數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。梅西耶天體在業余圈子內越來越盛行，以至于形成了像“梅西耶天體馬拉松”

這樣獨特的全球文化。

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）

發表于1781年。梅西耶（參見圖1）一生獨立發現過13顆彗星，觀測過的彗星數不勝數。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分開，梅西耶于1760年著手編纂自己的星云星團表，后分三卷公之于眾。第一卷發表于1774年，記錄了M1～M45；第二卷發表于1780年，記錄了M46～M70；第三卷發表于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擴充進來，組成了如今流傳甚廣的“現代版”《梅西耶星表》。

受當時觀測能力的限制，后人發現這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系的光學雙星，21世紀間距約51角秒，比梅西耶當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聯的小星群。M102是1781年由梅襄在北天發現的一個星系。2年后，他又在給約翰第三·伯努利（此人是天文學家，系數學家約翰·伯努利的孫子）的一封信中否認了這一發現，稱那不過是M101的重復記錄。不過，后人在梅西耶原始手稿的第102號所記錄的天區附近，的確發現了一個與其文字描述相吻合的側向星系NGC5866。梅襄當夜看到的目標是不是它，目前仍存有爭議。為了保證星表的完整性，當下的普遍做法是姑且認為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，可是原則上我們仍然將其保留于星表中，與其他M 天體一視同仁。

《梅西耶星表》的構成

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、29個球狀星團、1個超新星遺跡、39個星系、1個反射星云、6個發射星云和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的業余天文望遠鏡來說，《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。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年發表星表第一卷的時候遭遇了同行競爭。為了在星表的規模上壓對方一頭，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，即獵戶座大星云M42和M43、鬼星團M44和昴星團M45，至此目標達成，因而也就沒再添加英仙座的雙星團。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歸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、獵犬座的不規則星系NGC4449、寶瓶座的螺旋星云、仙后座的貓頭鷹星團等等，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都不在M星表上。為了彌補《梅西耶星表》的種種不足，英國業余天文學家帕特里克· 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。這份星表自發表以來一直毀譽參半，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，在業余望遠鏡中看起來像是一片不規則的灰色斑塊，長時間的曝光后便會呈現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，結構松散，彌散面積廣。在晴朗的鄉村夜空中，僅用一架雙筒望遠鏡便可仔細欣賞。然而在光污染嚴重的市區里，即便是大口徑設備也難覓其蹤影。

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

它們也可用雙筒望遠鏡觀賞。

M8：又名礁湖星云（Lagoon Nebula），是一片位于人馬座的發射星云，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（參見圖3）。

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

M13： 武仙座的大球狀星團，也是北天夜空中最大的球狀星團之一。據說在極度晴朗的情況下肉眼可見。美國的阿雷西博望遠鏡（Arecibo）在1974年建成之初，曾向這顆球狀星團發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）。哈勃空間望遠鏡拍攝的《創生之柱》便位于M16內部。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，同時也是距離地球最近的球狀星團之一，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。望遠鏡里的目視效果好像是一顆灰白色的蘋果核，經過數碼相機長時間的曝光后會呈現為一小片夢幻般的藍色星云。

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，即使在城市郊區也肉眼可見。仙女座星系距離我們254萬光年，總質量超過1500億顆太陽， 也是天文學家確認的第一個河外天體。它的伴星系包含了M32、M110、NGC185、NGC147等數十個大小不等的星系。據天文學家計算，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，又名蜂巢星團（Beehive Cluster），是一個巨蟹座中肉眼可見的疏散星團。中國古代稱之為“積尸氣”，認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，前者成員星多而細密，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，在市區中也能用雙筒觀賞。有趣的是，在M46北側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現有旋臂痕跡的星系。M51近旁有一個與它相互作用的伴星系NGC5195。這也是人類發現的第一對相互作用星系。

M57：美麗的環狀星云（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，更適合在天文望遠鏡下觀賞。初看起來，M57就像是一個精致的灰白色小煙圈，經過相機長時間曝光后可分辨其殼層結構：內層藍綠色，外層微紅色。前者來自OIII發射線，后者來自Hα線和NII線。值得一提的是，藍綠色的OIII發射線是許多行星狀星云的主要特征。根據量子力學的原子躍遷法則，OIII線是一條禁線（Forbidden Line），這樣的發射線絕不可能出現在地面實驗室里。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郊區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鏡便可目視到M82中心的那道貫穿性裂縫。斯皮策空間望遠鏡揭示出這個星系的核心正在經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，令它們發出相當于300億倍太陽光度的紅外線。究竟何種原因導致了如此驚人的星暴過程？這是天文學上的一個謎。

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，且無明顯結構可辨。哈勃望遠鏡曾在它的核心處觀察到一道巨大的噴流，向外高速噴發。早期的分析一度認為M8 7的核心噴流速度已超過光速，后來才發現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的藍綠色發射線，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，前者是典型的面向星系，后者是典型的側向星系。當星系以不同的姿態面向我們的時候，往往可以表現出迥然不同的特征。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，也許銀河系的側面看上去會跟上面的M104非常像。