星系拍摄指南——M51

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原文：天文指南2023年5月号，有删改

原作者：津村光則

主译：遠山真理

校译：酥油饼

审阅：牧夫天文校对组

编排：苏奕月

后台：李子琦

位于猎犬座的M51，又称为"涡状星系"（The Whirlpool Galaxy），其最大的特征是有一大一小两个星系正处于并合过程中。其中大的一个是NGC5194，而北方的小型星系是NGC5195，或称为M51a和M51b。肉眼观察时，M51与其他星系不同之处在于其明显可见的旋臂，这也使它更容易被我们捕获。即使使用直径4厘米的望远镜的10倍倍率来观测，只需稍微将视野从大熊座η星（即瑶光，北斗七星的勺柄）向南偏移一点，就可以看到一个向南北方向伸展的朦胧且小的光晕。使用直径50厘米的望远镜以150倍放大时，可以清晰地看到从M51a的西部向南延伸的旋臂（图1右侧为西，下方为南），而另一条旋臂始于这条旋臂的中间靠北，然后绕上一整圈连接到M51b。

图1. 原作者于和歌山县护摩壇山拍摄的M51。器材：自制30cmF4牛反+PH像散矫正镜+QSI6120冷却CCD相机+Astrodon LRGB滤镜，总曝光9小时32分钟

在M51b前有暗星云（本身不会发光的浓密星云，会遮蔽后方的光线），因此将其以250倍放大时，旋臂的连接处看起来可能会稍微暗淡一些。在M51a小而明亮的中心周围的旋臂的不同位置，可以看到像结节一样的光团。M51b的中心东侧（图一左侧为东）也有暗星云，那里被清晰地分割成南北方向，并向西方扩散，非常像照片中的样子。在M51东北方向还有两个更为遥远和暗弱的星系，IC4278在被放大150倍时较容易观察到，而IC4277较暗淡，需要多次确认。

说起M51时，人们通常会提到威廉·帕森思（第三代罗斯伯爵）的素描，他建造了一台直径1.8米的巨型金属反射望远镜，以揭示星云的真实形态。1845年2月15日，他首次使用这台望远镜进行了观测。当年春天，他发现了M51的奇特旋涡结构。M51由梅西耶于1773年10月13日发现，据说在那之前的一晚，他正在观察他发现的第八颗彗星C/1773T1，而进一步调查发现该彗星实际位于六分仪座。由此可以肯定的是，梅西耶在那个晚上正在M51附近进行观测。该彗星于1774年1月10日左右经过了M51附近。而伴星系NGC5195则由皮埃尔·梅香于1781年3月21日发现。

M51位于距离地球约2300万光年的位置，比银河系略小一些。其旋臂由大量的OB型星，星云，星团等组成，因而看上去很是明亮。根据开普勒第三定律，越接近星系中心的天体公转速度越快，因此如果旋臂是附着在星系盘上的结构，那么在向内部卷绕的过程中，它将逐渐形成蚊香状的形状。旋臂存在而没有卷绕的原因是科学家们认为其处于密度较高的区域。当绕星系公转的气体接近高密度区域时，那里就会变得更容易形成恒星，由此诞生的恒星就形成了我们所看到的旋臂结构。但是这些高温大质量的OB型的恒星寿命较短，在绕行星系一周之前就会结束它们的生命周期，于是旋臂便还没来得及卷绕起来。仔细观察M51的旋臂，可以看到在蓝色区域的内部沿线分布着暗星云，这些高密度的分子云看起来像黑色的条纹，而靠近外侧的蓝色明亮区域则是诞生高温星的地方。

江草芙実等人在2017年在可见光和近红外波段对M51富集恒星的部分进行了研究，并通过一氧化碳和中性氢的分布对暗星云的部分进行了研究。根据这些物质的分布情况，他们认为M51的两条旋臂的寿命可能是不同的。

A.E.Watkins等人在2015年使用基特峰国家天文台的CWRU Burrell-Schmidt望远镜捕捉到了M51的暗弱结构的颜色。东西向的星流根据色指数被认为是由M51b产生的，而冠状结构也与M51b的颜色非常相似。他们还报告了更微弱的结构，包括东北和南方的星流。M51a的西侧沿着银河有一个圆形的微弱结构，而西北的星流可能是由这个微弱结构产生的。

图2. M51在B波段的图像，边长为39角分。 A.E.Watkins et al. 2015 APJL, 800:L3

汉化：牧夫新媒体编辑部

图3. M51的B-V色指数，图中越红的地方代表消光越强，由此我们可以清晰地辨认出M51b附近的暗星云。图源同上。

H.Saro等人在1999年提出了M51发生了两次相互作用的模型。他们认为伴星系M51b在大约5到6亿年前经过了距离M51盘中心6到10万光年的地方，然后在5千到1亿年前发生了第二次交会。

另外，R. Stefano等人在2020年的研究中指出M51中有一个X射线双星系统M51-ULS-1，其周围可能存在行星。

尾注：M51的精确位置，赤经13时29.9分， 赤纬+47度12分

责任编辑：甘林

牧夫新媒体编辑部

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海鸥星云（IC 2177），来源：AstrophotoRocks

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