球狀星團(tuán)觀測小談

作者|王思亮

審核|鄭成卓

編輯|趙經(jīng)遠(yuǎn)

夏季時分，在潔凈而黑暗的農(nóng)村夜空下，若是用小型雙筒望遠(yuǎn)鏡向銀河附近望去，或許你能幸運地看見一些像一小團(tuán)棉花一樣的、模糊的小光斑——當(dāng)然這需要集中你的注意力。如果借助口徑大一些的天文望遠(yuǎn)鏡觀測，你會發(fā)現(xiàn)，這些球形的光斑其實是由很多星星點點聚集而成的，越往中心處星點也越密。如果撇開那些專業(yè)的天文學(xué)理論，我們大概會覺得這種神秘天體的外觀是奇妙新穎的，而天空也不再是日常司空見慣地散落著太陽系天體和無數(shù)恒星的樣子。

半人馬座ω星團(tuán)（圖像來源：ESO）

這種天體一般呈球狀或近似球狀的結(jié)構(gòu)，因此得名“球狀星團(tuán)（Globular Cluster）”。偶爾也有一些形狀奇怪的球狀星團(tuán)，例如形狀扁長的M19，它是已知的最扁的球狀星團(tuán)之一。球狀星團(tuán)一般由數(shù)萬至數(shù)百萬顆恒星組成，由于引力作用，它們越往中心密集度越大。球狀星團(tuán)多存在于星系暈中，往往環(huán)繞在星系的中心區(qū)域，或在星系盤面上方和下方形成球狀分布，并繞著星系核心運行，就好比繞著行星運行的衛(wèi)星一樣。球狀星團(tuán)廣泛分布于銀河系和其他星系的周圍，銀河系中已知的大約有150個，位于仙女座星系中的則多達(dá)500個，在M87中可能多達(dá)1000多個。

一般來說，銀河系球狀星團(tuán)的直徑在十幾至數(shù)百光年之間，視星等則從3到10等以上均有分布。如果按照22等恒星作為亮度劃定邊界，銀河系球狀星團(tuán)的視直徑大多在十幾角分之內(nèi)，而銀河系最大最明亮的半人馬座ω星團(tuán)（又名庫樓增一、歐米伽星團(tuán)、NGC 5139、C80）能達(dá)到29角分，接近太陽或月亮的視直徑——沒錯就是這么巧合。而在銀河系外的球狀星團(tuán)中，最亮的M31 G1（Mayall 2）視星等為13.8等，其視直徑也非常小。因此，普通的目視觀測者主要把目光放在銀河系內(nèi)的球狀星團(tuán)上，而河外星系里的球狀星團(tuán)（如M31的球狀星團(tuán)甚至M87的球狀星團(tuán)）則成為了一些資深目視愛好者的觀察目標(biāo)。

距離銀心5萬光年范圍內(nèi)的119個球狀星團(tuán)分布（圖像來源：RASC Calgary Centre）

在約150個銀河系球狀星團(tuán)中，有29個屬于梅西葉天體，有18個屬于科德韋爾天體，另外還有41個擁有Melotte或者Collinder編號。這些球狀星團(tuán)中的佼佼者們均有NGC或IC編號，且通常都擁有相對可觀的亮度和視直徑。只需使用一副普通的雙筒望遠(yuǎn)鏡，就足以找到其中大部分較亮的目標(biāo)，因此對于新手來說十分友好。

觀測球狀星團(tuán)的樂趣之一，便是嘗試在不同望遠(yuǎn)鏡中觀測同一個球狀星團(tuán)的不同形態(tài)，觀察是否能分解出其中的恒星以及分解程度。例如使用20×80的雙筒望遠(yuǎn)鏡觀看半人馬座ω星團(tuán)時，在視場里可見毛茸茸的一大團(tuán)毛球，亮度異常高，而且直徑很大，非常顯眼，就像是暗黑空間中的一團(tuán)大煙球，從中間到邊緣有明顯過渡，但是無法分解出恒星。而使用200mm口徑的牛頓反射式望遠(yuǎn)鏡觀測時，星團(tuán)從邊緣到中心分解出了無數(shù)密密麻麻如細(xì)沙般的恒星，在高倍率下觀察仿佛暢游在數(shù)不盡的恒星海洋之中。這是由于望遠(yuǎn)鏡的口徑?jīng)Q定了望遠(yuǎn)鏡的極限星等和分辨率，而放大倍率則決定了能否被人眼分解開，如果球狀星團(tuán)中最亮的一批成員星比望遠(yuǎn)鏡的極限星等亮，且這些相對較亮的成員星之間的角距離經(jīng)過望遠(yuǎn)鏡放大后超過了人眼的分辨極限（約1角分），那么觀測者就可以分解出這些恒星。據(jù)筆者實踐分析，200mm口徑的望遠(yuǎn)鏡能分解的球狀星團(tuán)約有30個。在人類歷史上，最早被分解出恒星的球狀星團(tuán)是位于天蝎座方向的M4，這是由法國天文學(xué)家查爾斯·梅西葉（Charles Messier）在1764年觀測發(fā)現(xiàn)的。

球狀星團(tuán)M4（圖像來源：ESO）

天文學(xué)家常用沙普利–索耶集中度分類法（Shapley–Sawyer Concentration Class）來描述球狀星團(tuán)的集中度，這一分類系統(tǒng)將球狀星團(tuán)分為I到XII型，級別越高，星團(tuán)的中心越密集。集中度最高的星團(tuán)（如M75），分類為I型，視覺上成員星高度向中心集中；集中度最低的XII型（如NGC 4372），成員星均勻分散，幾乎沒有朝向中心聚集。集中度在一定程度上也與光污染對球狀星團(tuán)的觀測影響有關(guān)，如果星團(tuán)分散度很高，平均亮度也比較低，那么對這類球狀星團(tuán)的觀測就會比那些中心高度明亮的球狀星團(tuán)要困難許多。

球狀星團(tuán)可以根據(jù)密集程度進(jìn)行分類，從最密集的I型到最松散的XII型（圖像來源：參考資料9）

除了常見的球狀結(jié)構(gòu)外，球狀星團(tuán)還可能展現(xiàn)出一些特殊的特征。其中之一是星鏈（star chain），即一系列恒星在空間中呈線性排列的現(xiàn)象，這可能是由于星團(tuán)內(nèi)部的動力學(xué)作用所致。例如M4擁有一條像鎖鏈一樣穿過星團(tuán)的星鏈特征，用小型折射望遠(yuǎn)鏡可以很容易地觀察到。另一種特征是暗帶（dark lane），這是在球狀星團(tuán)中觀測到的一些暗淡區(qū)域，可能是由于塵?；蛐请H物質(zhì)的遮擋所致。最著名的暗帶特征要數(shù)M13中的Y形“螺旋槳（propeller）”暗帶，你甚至可以在19世紀(jì)愛爾蘭天文學(xué)家賓頓?史托尼[Bindon Stoney，曾擔(dān)任第三代羅斯伯爵威廉·帕森斯（William Parsons, 3rd Earl of Rosse）的助手]所繪制的素描中看到它。不過，對于上面所說的這些特征而言，天文攝影往往會過度曝光，并不能很好地將它們在照片中反映出來，因此你需要通過仔細(xì)的目視觀測或者在類似素描的圖片中去尋找它們。

天文愛好者M(jìn)ichael Vlasov為球狀星團(tuán)M4繪制的素描，可見中間的星鏈特征（圖像來源：參考資料11）

對于北半球的大多數(shù)觀察者來說，位于武仙座方向的M13因為較亮且赤緯偏北，成為了很受歡迎的球狀星團(tuán)。但是從亮度和可分解度來說，許多坐落于南天的球狀星團(tuán)反而更適合觀測，諸如半人馬座ω、杜鵑座47（NGC 104，科德維爾星表編號C106）、NGC 6397（科德維爾星表編號C86，位于天壇座方向）、NGC 6752（科德維爾星表編號C93，位于孔雀座方向）等等，其中很大一部分在我國偏南地區(qū)（如廣東、廣西、海南等）也是可以看見的。如果沒有偏南的地理條件，那么位于天蝎座和人馬座方向的M4、M22、M55這些梅西葉球狀星團(tuán)也是不錯的選擇。

賓頓·史托尼繪制的球狀星團(tuán)M13素描，其中可見螺旋槳特征（圖像來源：The Big Bang）

如果你想在觀測球狀星團(tuán)時做一些詳細(xì)的記錄，那么可以記下球狀星團(tuán)的顯著程度、明亮程度、大小、形狀、集中程度、分解度、恒星組成等等，還可以記下額外的“彩蛋”，例如一些有顏色的成員星和變星，以及M15 中心附近的行星狀星云 Pease 1、M22 中的行星狀星云 GJJC 1等。如果你想制定一個系統(tǒng)全面的球狀星團(tuán)觀測計劃，可以參考梅洛特星表。梅洛特星表是一份收錄疏散星團(tuán)和球狀星團(tuán)的天體表，由英國天文學(xué)家梅洛特（Philibert Jacques Melotte）于1915年編制而成。這份星表所挑選的球狀星團(tuán)都擁有較明顯的球狀星團(tuán)特征，基本涵蓋了一般業(yè)余天文愛好者觀測能力內(nèi)的目標(biāo)，對于業(yè)余愛好者來說是很好的參考清單。

附錄：銀河系球狀星團(tuán)分解參考表，https://silas.lanzoum.com/iFQ0C1wszujg

參考資料

1、Globular cluster，wikipedia，https://en.m.wikipedia.org/wiki/Globular_cluster

2、球狀星團(tuán)，Celestia Wiki，https://celestia.fandom.com/zh/wiki/%E7%90%83%E7%8A%B6%E6%98%9F%E5%9B%A2?variant=zh

3、The Globular Cluster Database - Table 1，The NGC/IC Project，http://ngcicproject.observers.org/papers/gcdata.htm

4、Milky Way Globular Cluster List，Cloudy Nights，https://www.cloudynights.com/topic/643972-milky-way-globular-cluster-list/

5、Melotte, P. J. A Catalogue of Star Clusters Shown on Franklin-Adams Chart Plates. Mem.R.A.S., 1915, 60(5), 175-186.

6、Sawyer Hogg, Helen. Harlow Shapley and Globular Clusters. Publications of the Astronomical Society of the Pacific, 1965, 77(458), 336–346

7、喻園天文，八寸望遠(yuǎn)鏡分解球狀星團(tuán)推薦，知乎，https://zhuanlan.zhihu.com/p/188800600

8、???(觀深法) #6. ???? (1/3) - ?? Point，????，http://www.nightflight.or.kr/xe/inform/133494

9、Bob King，Gobs of Globs — Tour 16 Spring Globular Clusters，Sky & Telescope，https://skyandtelescope.org/observing/gobs-of-globs-guide-to-16-spring-globular-clusters/

10、Cooke.Dark Nebulae, Dark Lanes, and Dust Belts[M].Springer US,2012.

11、Michael Vlasov，Messier 4 (Globular Cluster)，Deep Sky Watch，https://www.deepskywatch.com/Astrosketches/messier-4-sketch.html

12、Larry McNish，The Milky Way's Globular Clusters，RASC Calgary Centre，https://calgary.rasc.ca/globulars.htm

13、銀河系球狀星團(tuán)分解參考表，https://silas.lanzoum.com/iFQ0C1wszujg

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