夜空的“寶藏”——仙女座星系，我們能用肉眼觀測到嗎？

作者|馮梓洋

審核|董晨暉

編輯|趙經(jīng)遠(yuǎn)

星系演化探測器（GALEX）拍攝的仙女座星系紫外線波段圖像。圖像來源：NASA

仙女座星系（Andormeda Galaxy）在天空中位于奎宿七（仙女座ν）的西北方向，即仙女座的左腿膝蓋處，肉眼看上去是一個暗淡的橢圓形光斑。根據(jù)哈勃-德沃古勒星系分類法（Hubble-de Vaucouleurs galaxy classification），仙女座星系是一個SA(s)b型星系，其中的SA代表正常旋渦星系（即不是棒狀旋渦星系），(s)表示沒有環(huán)狀結(jié)構(gòu)的星系，b意為旋臂較為松散。它是為數(shù)不多肉眼可見的河外天體之一，直徑約為15萬光年，將近銀河系直徑的兩倍，距離地球約為250萬光年 ，是距離最近的大型河外星系。仙女座星系和它的伴星系（M32、M110等）、三角座星系M33、大小麥哲倫云和我們所處的銀河系等數(shù)十個星系構(gòu)成了本星系群，仙女座星系是其中最大的星系。

本星系群部分星系的位置。圖像來源：Wikipedia

仙女座星系在天球上的位置為赤經(jīng)00h42m44.33s,赤緯41°16′07.5″（歷元J2000），總視星等約為3.4，是梅西葉天體中最亮的星系，甚至在5級光污染地區(qū)都能用肉眼勉強(qiáng)看見。它的視大小為3°09′06.00″×1°01′42.00″，比著名的獵戶座大星云的視面積還要大三倍。它常見的編號有M31、NGC 224、PGC 2557、UGC 454等等。

仙女座星系在天空中的位置。圖像來源：Stellarium

由于其較亮的視星等，早在很久之前，仙女座星系就已被許多人觀測過，并已廣為人知，但現(xiàn)今留存的最早記載是波斯天文學(xué)家阿卜杜勒-拉赫曼·蘇菲（Abd al-Rahman al-Sufi）在公元964年前后所著的《恒星之書》（The Book of Fixed Stars），其中將仙女座星系描述為“一朵小云”。

1612年，德國天文學(xué)家西門·馬里烏斯（Simon Marius）首次使用天文望遠(yuǎn)鏡觀測仙女座星系并將其記錄下來，他把這個天體描述為“從牛角尖看到的一團(tuán)火焰”。而我國在清朝時為奎宿增補(bǔ)了23顆星，仙女座星系即為其一，它被稱為奎宿增廿一。1764年，法國天文學(xué)家查爾斯·梅西葉（Charles Messier）在尋找彗星時注意到了這片模糊的小云，并將它收入自己的星表中，編號為M31。1850年，愛爾蘭天文學(xué)家第三代羅斯伯爵威廉·帕森斯（William Parsons, 3rd Earl of Rosse）首次為它繪制了素描。1888年，威爾士天文愛好者艾薩克·羅伯茨（Isaac Roberts）拍攝了它的第一幅照片。

羅伯茨拍攝的第一幅仙女座星系照片。圖像來源：Wikipedia

對于夜空中這片模糊“小云”的真實(shí)身份，數(shù)百年來眾說紛紜。長久以來，人們認(rèn)為它是位于銀河系內(nèi)的星云，因此它也曾被錯誤地稱為仙女座星云。1745年，法國物理學(xué)家皮埃爾·莫佩爾蒂（Pierre Maupertuis）首次推測它可能是由眾多恒星組成的天體系統(tǒng)。1755年，德國哲學(xué)家伊曼努爾·康德（Immanuel Kant）也指出這類“旋渦星云”應(yīng)該是類似于銀河系的天體系統(tǒng)，而非銀河系內(nèi)的星云。1785年，英國天文學(xué)家威廉·赫歇爾（William Herschel）也曾經(jīng)持類似的看法，但他估計的距離顯然是錯誤的——他認(rèn)為仙女座星云與我們的距離不會超過天狼星距離的2000倍（即1.7萬光年）。1850年，德國博物學(xué)家亞歷山大·洪堡（Alexander Hunboldt）在其著作《宇宙：對世界的簡要物理描述》（Cosmos: A Sketch of a Physical Description of the Universe）中提出了“島宇宙（island universe）”的概念，他將宇宙中無數(shù)類似銀河系的天體系統(tǒng)比喻成海洋里的小島。

沙普利（左）-柯蒂斯（右）大辯論。圖像來源：giganet.sampa.br

但是要證明旋渦星云是銀河系之外的天體系統(tǒng)并沒有那么容易，各種觀測數(shù)據(jù)之間存在相互矛盾（比如雖然可以分解出部分星云中的恒星，但無論如何也難以分辨另一些星云中的恒星），這使得島宇宙理論一直存在爭議，形成了天文學(xué)史上長達(dá)百年的島宇宙之爭，這一問題還導(dǎo)致了發(fā)生在1920年的沙普利-柯蒂斯大辯論（Shapley–Curtis Debate，Great Debate）。

美國天文學(xué)家哈羅·沙普利（Harlow Shapley）認(rèn)為，與仙女座星云類似的旋渦星云是銀河系的一部分。而美國天文學(xué)家希伯·柯蒂斯（Heber Curtis）則認(rèn)為，旋渦星云在銀河系之外，是和銀河系一樣的“島宇宙”。早在數(shù)年前，沙普利就已通過造父變星周光關(guān)系推算出了銀河系的大小[周光關(guān)系是絕對星等與光變周期之間的關(guān)系，可用來測量距離，美國天文學(xué)家亨利愛塔·勒維特（Henrietta Leavitt）在1908和1912年發(fā)現(xiàn)并確立了這一關(guān)系]，他的計算結(jié)果指出銀河系的直徑是30萬光年，這比今天的認(rèn)知要大?？磥恚€需要測量出這些旋渦星云的距離才能解決這一爭論了。

1923年10月6日，哈勃使用胡克望遠(yuǎn)鏡拍攝的仙女座星系。他最初在圖中發(fā)現(xiàn)了3顆新星，并用“N”標(biāo)記，但他后來發(fā)現(xiàn)上方的“新星”其實(shí)是一顆造父變星，于是將其標(biāo)記更改為“VAR！”，這是在仙女座星系中發(fā)現(xiàn)的首顆造父變星。圖像來源：NASA

1923年起，美國天文學(xué)家埃德溫·哈勃（Edwin Hubble）在仙女座星云中發(fā)現(xiàn)了數(shù)顆造父變星，利用周光關(guān)系測量了它的距離，發(fā)現(xiàn)它遠(yuǎn)在90萬光年之外。雖然現(xiàn)在看來哈勃測得的距離偏小，但也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了當(dāng)時所知的銀河系范圍，打破了人們的認(rèn)知，最終證實(shí)包括仙女座星云在內(nèi)的旋渦星云是獨(dú)立于銀河系的天體系統(tǒng)，如今它們被稱為星系。

仙女座星系無疑是研究最多的河外星系。由于我們位于銀河系內(nèi)，正如“不識廬山真面目，只緣身在此山中”所說，我們能觀測到的銀河系范圍十分有限，無法一窺全貌，只能借助計算機(jī)模擬它的構(gòu)造。與其他星系相比，仙女座星系距離較近、亮度較高，而且它的結(jié)構(gòu)與銀河系十分相似，這些因素使其成為了科學(xué)研究的熱門天體，天文學(xué)家可以通過觀測仙女座星系，來了解我們自己所在的銀河系的結(jié)構(gòu)與演化。

哈勃空間望遠(yuǎn)鏡拍攝的仙女座星系局部。圖像來源：NASA

對于天文愛好者而言，仙女座星系是一個具有極大觀賞與科學(xué)價值的天體，不論是萌新還是大佬都能很輕松地找到它。除了目視、攝影這兩種常見的玩法之外，天文愛好者還可以通過公眾超新星搜尋項(xiàng)目（PSP，https://nadc.china-vo.org/psp/）、自有設(shè)備或遠(yuǎn)程望遠(yuǎn)鏡獲得的數(shù)據(jù)，搜尋仙女座星系中爆發(fā)的新星，從而為科學(xué)研究作出力所能及的貢獻(xiàn)。據(jù)估計，仙女座星系每年爆發(fā)約40顆新星，有許多專業(yè)/業(yè)余巡天項(xiàng)目致力于搜尋這些捉摸不定的天體。雖然由于距離遙遠(yuǎn)，仙女座星系中的新星通常沒有銀河系內(nèi)的新星那么明亮，但它們的最大亮度往往能達(dá)到17.5星等左右，仍在業(yè)余器材的能力范圍內(nèi)。小星可以很自豪地說，作為我國最早開展巡天觀測的業(yè)余天文臺，星明天文臺目前已發(fā)現(xiàn)約60顆位于仙女座星系中的新星，近幾年的戰(zhàn)績在全球范圍內(nèi)更是名列前茅。

星橋法尋找仙女座星系。圖像來源：Stellarium

仙女座星系的可觀測時間在夏季到次年早春這一段時間里，尤以秋冬季為佳。要想找到這個星系，可以借助秋季四邊形：順著秋季四邊形北邊的兩顆星[室宿二（飛馬座β）和壁宿二（仙女座α）]一路往東，依次找到奎宿五（仙女座δ）和奎宿九（仙女座β），順著奎宿九往西北方向找去就會遇到奎宿八（仙女座μ），將奎宿九與奎宿八的連線延長一倍，就能找到仙女座星系啦。

仙女座星系是最著名也是最美麗的河外星系之一，迄今為止它已經(jīng)存在了數(shù)十億年。研究表明，仙女座星系正在以每秒300公里的速度朝銀河系飛奔而來，40億年后將會與銀河系合并形成新的星系，不過我們顯然無法親眼看到這一事件了，然而在漫長的歷史歲月中，仙女座星系卻一直陪伴著我們，見證著人類探索宇宙的偉大征程。

參考資料

1、Andromeda Galaxy,Wikipedia,https://en.wikipedia.org/wiki/Andromeda_Galaxy

2、M31,SEDS Messier Database,http://www.messier.seds.org/m/m031.html

3、宇宙島之爭，蘇宜，《天文學(xué)新概論》第六章，第四版

4、Anromeda Galaxy,LEIF J. ROBINSON,,Philips Astronomy Encyclopedia

5、AnromedaGalaxy,NASA,https://www.nasa.gov/missions/chandra/andromeda-galaxy-vibaj/

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