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“观星基础”系列说明:文字是我组织的,少数图片是我用PhotoShop做的,转载请说明。多数图片是原来存的“天之文”论坛网友拍的星空照片,还有些来自APOD,或是网络搜索得到的,我会尽量写明作者和来源,如果原作者不希望被引用,也请来信告诉我。
银河系以外的星系均称为河外星系。肉眼或小型望远镜中,河外星系看起来像一些星点或呈云雾状外貌,而用大型望远镜看,或在长时间曝光的照片中,它们是壮丽的岛宇宙。
南半球可见大麦哲伦星系和小麦哲伦星系,是离我们银河系比较近的星系,大麦哲伦星系的距离约为17万光年。
图20:旋涡星系
图21:棒旋星系NGC 1300
透镜星系:介于旋涡星系与椭圆星系之间。具有旋涡星系的盘状结构,但没有旋臂,外观象透镜。
图22:透镜状星系NGC 5866
椭圆星系:圆球或椭球形,中心明亮,边缘较暗
不规则星系:没有明显的核与旋臂,没有盘状对称结构,看不出旋转对称性的星系
图24:不规则星系M 82(雪茄星系)
肉眼能看到的单颗恒星都是银河系内的。银河系包含了上千亿颗恒星和大量的星云。银河系之外,我们往往只能看到整个星系,而难以分辩其中的恒星和星云,狼蛛星云是少见的例外,它在银河系的近邻大麦哲伦星系中,范围很大,望远镜可以看到它。
图25:剑鱼座30,狼蛛星云,位于大麦哲伦星系中,活跃的恒星形成区。
5、深空天体
天文爱好者们习惯将星云、星团、星系统称为深空天体。深空天体有多种编号,常用的是M、NGC和IC等。
1784年,梅西耶在研究彗星时,把103个位置固定的模糊天体编成星表,以免与彗星混淆,这就是著名的梅西耶星表,简称M星表。
1888年出版的星云星团新总表(简称NGC星表,包含7840个天体)及1895、1908年出版的增补表(简称IC星表,包含5386个天体),其中天体的命名和编号沿用至今。由于编制星表时河外星系还被认作是星云,所以星系也编在一起了。
一般用这些星表的编号作为这些天体的名称。如:梅西耶星表第1号天体(M1)即NGC1952,是一个著名的超新星遗迹;仙女座大星系在梅西耶星表中列第31号(M31),NGC星表中第224号(NGC224);M44即NGC2632,是一个肉眼可见的疏散星团。
亮的、有趣的、被观测得多的深空天体,除了有多种编号,还有专门的名称,如M1也叫蟹状星云;M44,中国人称之为鬼星团,西方人称之为蜂巢星团。
图26:蟹状星云(M1)
图27:鬼星团(M44)
图13:天使星云
行星状星云有对称的形状或近似圆形的形状,有较明亮边缘,中心为白矮星。弥漫星云没有明显的边界,形状不规则。
图14:行星状星云:天琴座环状星云(M57)
图15:弥漫星云:鹰状星云(M16)
根据照亮星云的光源不同,星云可分为发射星云、反射星云、暗星云。发射星云受附近炽热恒星的激发而发光,在可见光照片上呈现红色。反射星云因反射恒星的光而呈蓝色,暗星云本身不可见,因背景星光的衬托而现出轮廓。
4、星系是由大量恒星及星际气体、尘埃组成的天体系统。星系聚集成团,为星系团。
图16:车轮星系
银河系
银河是空中的光带,夏季夜空中十分壮观,从东北地平线经仙后座、天鹅座,在天琴座、天鹰座之间穿过向南倾,到人马座、天蝎座,其中以人马座一带最辉煌,那是银河系中心方向,望远镜中可见密集的恒星。
银河系的主体是一个直径约8万光的盘体,俯视为圆盘状,侧视为扁盘状,中部厚(1.2万光年),四周薄(1000光年),这个圆盘体是银河系中恒星最密集的部分,它有若干条旋转着的旋臂。
图17:银河系俯视图:图中标记为太阳在银河系中的位置
图18:银河系侧视红外图
太阳系位于银河系圆盘上,离外缘约2.6万光年处,位于旋臂之一的猎户臂上,以每秒250千米的速度和2.5亿年的周期绕银心旋转。冬季眺望银河系边缘,可以把我们这个旋臂的风光尽收眼底,它包含了许多地球夜空中十分明亮的星星。
图19:银河系旋臂示意图
因为太阳系处在盘体中,所以银河看上去是环状的,每个季节可以看到环的不同部分,又因太阳不在银河系中心,所以银河看上去有明有暗,银心方向恒星特别多,银河也特别宽特别亮。
现在你血管里流动的铁大部分是很久以前也许位于银河系另一边的白矮星爆发时提供的,这些铁原子可能在银河系中游荡了数十亿年,然后才有一部分进入一个气体尘埃云,在那里首先形成了太阳和地球,46亿年之后又诞生了你和我。——《银河系》
巨星
老年期恒星,毕宿五、大角、五车二是这类恒星。
超巨星
老年期大质量恒星,如参宿四、参宿七。
白矮星
恒星演化的归宿之一,半径接近行星,质量却相当于太阳,温度高,亮度小。如天狼星伴星。
中子星
图8:大质量恒星的一生
双星
多数恒星是成双成对或三五成群的。两颗距离接近的恒星称为双星。
目视双星:用望远镜可目视分开
分光双星:两颗子星相隔太近以致用望远镜也无法区分,但其轨道运动能通过它们光谱中多普勒效应的规则变化而推知的双星系统。
图9:天大将军一(仙女座γ)是一对橙色、蓝色双星
聚星
三到六、七颗恒星在引力作用下聚在一起,如三合星、四合星。开阳是目视双星,实为六合星。
图10:四合星HD 98800示意图
星团
聚星成员超过10个,即为星团。许多较亮的星团用肉眼或小望远镜看起来是一个模糊的亮点。
疏散星团比较松散,无一定形状,一般都能用望远镜分辨其中的单颗恒星。正因为形状各异,给了我们想象的空间,根据形状,它们有许多有趣的名字。
图11:珠宝盒星团(NGC290)
球状星团是成千上万颗甚至几十万颗恒星聚集成球状。球状星团内恒星十分密集,平均密度要比太阳附近区域恒星密度大50倍左右,而球状星团中心的恒星密度则大1000倍。即使用望远镜也很难将球状星团中大部分成员分解成单颗恒星。
图12:武仙座球状星团(M13)
我们在夜空可以看到处于各个不同演化阶段的恒星,也可以看到规模不同的恒星集团。
变星
亮度有变化的恒星。
变星分脉动变星、几何变星和爆发变星。
脉动变星:经过漫长的稳定阶段后,老年的恒星燃料将耗尽时,其内部变得不稳定,大气层发生周期性或非周期性的膨胀和收缩,从而引起脉动性的光度变化。
脉动变星种类很多,如:
造父变星:这类变星的光变周期与质量、亮度有密切关系:周期越长,亮度、质量越大,称为周光关系,可作为度量天体距离的标准烛光。经典造父变星光变周期1-50天,光变幅0.1-2个星等。
刍藁变星(长周期变星):周期90-1000天,光变幅2.9-9个星等。
天琴座RR变星:周期0.05-1.5天,光变幅1-2个星等。
几何变星中常见的是食双星:互相绕转的两恒星因互相交食而发生亮度变化。
图6:食双星大陵五(英仙β)
新星、超新星
新星:亮度在几天之内突然增加9个星等以上,然后在几个月内下降到爆发前的状态。
超新星:爆发规模更大,光变幅超过17个星等,即几天内亮度增加几千万倍到几亿倍,是恒星世界中已知最激烈的爆发现象。爆发结果是恒星完全瓦解,成为星云遗迹,剩下的物质塌缩为中子星或黑洞。
图7:SN1987A
宇宙中有各种星体、弥漫物质和能量。
1、我们生活的地球是一颗行星,像地球这样近似球形的、绕太阳转的行星还有水星、金星、火星、木星、土星、天王星、海王星。其中离太阳近的四颗,水星、金星、地球、火星为类地行星,它们像地球一样有固体表面,有铁质核心,密度比较大,体积质量比较小。其它四颗是巨行星,体积质量很大,木星和土星是气态巨行星,天王星和海王星有冰冻表面。矮行星也绕太阳运动,比大行星更小,近似球形。少数小行星也是球形的,但多数小行星没有规则的形状,已知小行星多分布于火星和木星轨道之间被称为小行星带的区域。
图3:太阳系行星
流星体、彗星都是绕太阳运动的小天体,流星是小天体被地球吸引,进入地球大气后燃烧发光的现象,持续时间一般只有几秒。在同一轨道上绕太阳运行的一群流星体(往往是彗星碎片)冲入地球大气时即发生流星雨现象。
图4:流星
彗星是冰和石块的混合物,彗星回归时离太阳近,其中的冰物质升华形成毛茸茸的彗发,彗发被太阳风推斥形成背向太阳的彗尾。彗星远离太阳时彗发和彗尾消失。
图5:彗星
绕行星运行的是卫星,有些是球形,有些形状不规则。地球有一颗卫星:月球。
上述天体都不能自己发光,靠反射太阳光而被我们看见。
如何开始
我们是一小群天文爱好者,每次活动几乎都有相同的模式,乘很长时间的车,尽可能远离闹市区,到一个灯光较少的地方。先在小镇上大吃一顿,一定要把自己喂饱,因为接下来是彻夜的观测,需要体力与热量。然后带着装备到灯光更少的农田或海边,或找一个容易上去的屋顶。
那一晚我们在一个废弃的操场上架起望远镜,支起照相机,铺开防潮垫,钻进睡袋,开始享受宇宙的饕餮盛宴。
当夜幕降临,雾如我们所愿渐渐散去,天上的星星一颗一颗开始闪耀,流星不时划过夜空,天空剧场开始无声的演出。
这一天是双子座流星雨高峰。我们看到了数百颗流星,它们的速度、亮度、颜色、出现的方位各异,每一颗都让我们惊喜。有些人对流星做了录音记录,还有些人在按自己的计划拍照。冷得受不了的时候吃块巧克力,喝一杯热水,或者起来跑几圈。
躺在大地上看天上各个星座东升西落,熟悉不熟悉的天区都展现在头顶,天空它巨大、深邃、神秘,细节丰富,如果你有更多的背景知识,你还会觉得它有趣、热闹、亲切。
昨天晚上月亮旁边那颗星是什么?晚上西边有一颗很亮的星是什么?经常有人这样问我。
我会说是轩辕十四、心宿二、金星、木星……他们会惊讶地问:你是怎么知道的?
这个问题让我思考我的天文观测历程,自问:我是怎么成为天文爱好者的?
十几年前网络还很少见,我身边也没有其他天文爱好者,我从《天文爱好者》杂志邮购了一些他们的杂志和一本全天星图,加上学校里有台尘封了很久的望远镜,我想我的第一步就是从这开始的。
回到我是怎么知道的话题,根据它的亮度、位置。
这个回答太简略。从亮度和位置可以判断星星的名字,前提是熟悉星空。
美国《天空和望远镜》有篇文章说得好:“你要做的只是走到户外抬头看天,然后追问:那是什么?”
当你这么做时,你就开始了一生宇宙探索的第一步。
天文的起步从熟悉星空开始,熟悉星空从星图开始。了解相关知识,得到可用星图,到户外对照星图观星。熟悉星空之后,可以开始用望远镜探索深空。
天文爱好者群体终将造就出中国新一代的天文学家。
——孙晓帆
仰望星空,把目光在点点繁星间停留,展现在我们面前的,是我们更加浩瀚辽阔、气势磅礴的家园。请你想象那是希腊诸神活跃的天堂,请你体会牛郎织女“盈盈一水间,脉脉不得语”的感伤,“西北望,射天狼”的豪壮,“人生不相见,动如参与商”的惆怅。
只凭你一双眼睛,就能看到大自然最壮丽的部分:宇宙。1609年之前人类都是用肉眼来观测星空,它回馈人类以知识、慰籍、快乐和无穷尽的想像与创造。
如果你有一架望远镜,比如看球赛用的双筒望远镜,你就能看到月球表面的环形山、月海、月面由辐射纹组成的象菊花一样的图案,能看到木星的四颗伽利略卫星,看到土星美丽的草帽般的光环,还有猎户座星云、仙女座星系……如果你有一架不错的天文望远镜,比如口径大于10厘米的带支架的望远镜,你会看到星空中越来越多的不可思议的美丽细节,如果这一切是你初次看到,你会感到一种真实和震撼。
天文观测“通过眼睛来寻找置身宇宙的感觉”,是一种接近大自然的方式,一种有趣的户外活动。除了观看和欣赏,天文爱好者对于天文学的发展亦有很大贡献,如十八世纪末法国天文爱好者查尔斯·梅西耶所编的梅西耶星云星团表,在二百多年后的今天仍是我们津津乐道的观测目标,被后人称为“恒星天文学之父”的威廉·赫歇尔观测发现天王星时,并不是专职天文学家而是一位音乐家。1993年美国天文学家苏梅克夫妇和和加拿大天文爱好者列维发现了后来以他们的名字命名的彗星。这颗彗星在 1994年与木星发生了激烈的碰撞。这是近100年来从未有过的重大宇宙事件。彗星与木星相撞并不是偶然现象,太阳系大行星的分布使木星强大的引力范围成为地球躲避彗星和流星体碰撞的保护伞,否则地球会遭到比现在频繁得多的宇宙碰撞,而过多的碰撞会阻碍地球上生命的正常进化。
图1:山东日照海滨星迹(作者jsoi)