可观测Universe第71章 风车星系

风车星系 (星系) · 描述：一个正对地球的宏伟漩涡星系 · 身份：位于大熊座的正面漩涡星系 (M101)距离地球约2100万光年 · 关键事实：其结构不对称可能因与伴星系的引力相互作用所致哈勃望远镜在其内部观测到多次超新星爆发。

风车星系（M101）科普长文·第一篇：从模糊光斑到宇宙风车的发现与基础画像 当我们仰望北半球冬季的大熊座时视线穿过2100万光年的浩渺空间会抵达一个正对着地球旋转的“宇宙风车”——风车星系（M101）。

它不是夜空中最亮的星系也不是最容易用双筒望远镜捕捉的目标但若用一台口径超过10厘米的天文望远镜对准其所在的天区你会看见一片如羽毛般展开的淡金色光雾旋臂的纹理在长时间曝光的照片中逐渐清晰像被宇宙之风推动的巨型风车叶片。

这个被天文学家归类为Sc型漩涡星系的“邻居”不仅是研究正面朝向星系结构的绝佳样本更藏着星系演化、引力相互作用与恒星诞生的关键密码。

要理解M101的魅力我们必须从人类对它的初次“看见”说起——这不是某个人的瞬间发现而是三个世纪以来观测技术迭代与天文认知升级的缩影。

一、从梅西耶的“遗漏”到罗斯勋爵的“风车”：M101的发现史 1781年法国天文学家查尔斯·梅西耶（Charles Messier）在他的星云星团目录中收录了第101个天体编号M101。

但这位以追踪彗星闻名的学者当时并未意识到自己标记的这个“模糊光斑”会成为后世研究漩涡星系结构的基石。

梅西耶的目录本是为区分“真正的彗星”与“看起来像彗星的天体”而作他对M101的描述仅寥寥数语：“在北斗七星柄部附近一颗亮度约7等的星云形状不规则。

”原因很简单——18世纪的望远镜口径普遍不足10厘米即使是梅西耶使用的10厘米反射望远镜也只能捕捉到M101的整体光度无法分辨其内部结构。

此时的M101不过是星图上一粒不起眼的“宇宙尘埃”。

时间推进到19世纪中期随着反射望远镜技术的突破人类终于能看清M101的真面目。

1845年爱尔兰天文学家威廉·帕森斯（William Parsons）第三代罗斯伯爵（Lord Rosse）在爱尔兰帕森城的庄园里建造了一台口径达1.8米的“ Leviathan of Parsonstown”（帕森城的利维坦）反射望远镜——这在当时是世界上最大的望远镜镜面由青铜铸造重达4吨。

借助这台“巨眼”罗斯勋爵首次观测到了M101的旋臂结构。

他在观测日志中写道：“这个星云呈现出明显的螺旋形态旋臂从中心向外展开像一只旋转的风车……我能分辨出至少五条主要的旋臂其中一些旋臂末端有更小的分支仿佛被某种力量拉扯过。

”为了记录这一发现罗斯勋爵雇佣了画家约翰·赫歇尔（John Herschel）的儿子威廉·赫歇尔（William Herschel Jr.）用铅笔和墨水绘制了M101的手绘图——这张图如今保存在英国皇家天文学会的档案馆里虽线条粗糙却精准捕捉了M101的不对称性：一侧旋臂更蓬松、延伸更长另一侧则显得紧凑、短小。

罗斯勋爵的发现震惊了当时的天文学界。

在此之前人类对星系结构的认知停留在“星云”的模糊概念里而M101的旋臂让天文学家第一次意识到：某些星云并非气体云而是由恒星、气体和尘埃组成的“岛宇宙”——后来埃德温·哈勃（Edwin Hubble）用造父变星证实的“河外星系”假说此时已埋下伏笔。

但受限于19世纪的技术罗斯无法回答两个关键问题：M101究竟有多远？它的不对称旋臂是如何形成的？ 这两个问题的答案要等到20世纪观测技术的革命才得以揭晓。

1924年哈勃利用威尔逊山天文台的100英寸胡克望远镜通过造父变星的周光关系测量了仙女座星系（M31）的距离证明其为河外星系。

此后天文学家开始系统测量其他星系的距离M101的距离被逐步修正到2100万光年（最新数据来自Gaia卫星的视差测量误差小于5%）。

而对于不对称旋臂的解释则要等到射电天文学与空间望远镜的时代——当人类能观测到星系中的中性氢（21厘米谱线）和高温超新星遗迹时终于发现了隐藏在引力背后的“幕后黑手”。

二、宇宙中的“正面教材”：M101的空间位置与基本属性 要理解M101的结构首先要明确它在宇宙中的“坐标”。

M101位于大熊座（Ursa Major）的北部天区具体坐标是赤经14h 03m 12.6s赤纬+54° 20′ 57″。

大熊座是北半球最易识别的星座之一由七颗亮星组成“北斗七星”M101就藏在北斗七星柄部（天权星与玉衡星之间）的外延方向。

对于北半球的观测者来说M101的最佳观测时间是冬季的深夜——此时北斗七星高悬天顶大气扰动较小更容易捕捉到它的淡金色光晕。

这章没有结束请点击下一页继续阅读！。

本文地址可观测Universe第71章 风车星系来源 http://www.oklamls.com