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猎犬座的M51是一个极具特色的深空天体,它是由一大一小两个河外星系组成的双重星系。

主星系NGC5194比较大,是一个典型的旋涡星系,它正面朝向我们,使我们通过天文望远镜能够清清楚楚地看到它的螺旋结构。

伴星系NGC5195比主星系NGC5194小很多,是一个不规则星系。

NGC5194的一条旋臂已经发生了变形,在它和NGC5195之间形成了一个联系这两个星系的物质桥,就好似一个大人用手牵着一个小孩子。

因此,M51被人们戏称为带孩子的星系。

寻找夜空中的M51

M51位于猎犬座的东北部,视星等为8.4等,视大小约为10′X5′。

要找到M51,我们必须首先找到猎犬座。

猎犬座是一个又小又暗的星座,它的第一亮星猎犬座α的亮度仅为2.8等。

但是我们要找到这个没有亮星的星座却并不太难,因为猎犬座紧邻大熊座,位于大熊座北斗七星的南边。

我们借助光辉灿烂的北斗七星会较容易找到猎犬座。

在希腊神话故事中,神后赫拉妒忌受到天神宙斯宠爱的卡丽斯托母子。

宙斯将这对母子变为大熊座和小熊座以后,赫拉还不饶过它们,请她的哥哥海神波赛冬派了一个牧夫带着两条猎犬去追赶大熊和小熊母子俩。

这就是猎犬座的由来。

对于北半球中纬度地区的观察者来说,一年四季都能看见猎犬追着大熊和小熊在北方天空中打转转。

它们都属于永不下落的星座。

但是,有时候它的地平纬度比较低,观测条件并不理想。

每年4月7日子夜猎犬座的中心上中天,春末夏初的傍晚时分它已升得很高,这时是观察猎犬座的最佳时机。

把你的望远镜调整到猎犬座的东北部,北斗七星斗柄的南边,天空中最具诱惑力的M51就在这片天区里。

M51位于北斗七星斗柄柄端那颗星的西南3.5°的地方,柄端的星是大熊座η星,视星等2等,中名“摇光”。

寻找M51时,把视线从“摇光”向西南移动2°,可以看见猎犬座24,这是一颗5等星。

然后把视线从猎犬座24再向南移动2°,M51就在这里了。

用普通的双筒望远镜看,它是模糊的一小块白斑。

通过口径15厘米的望远镜可以看清楚NGC5194的螺旋结构,它的核心明亮且呈圆形,旋臂暗淡。

如果你仔细地观察一下,你将不太费劲就能看到在NGC5194上方的较小的伴星系NGC5195。

通过30厘米的望远镜你还能隐隐约约看出将这两个星系维系在一起的发光的物质桥。

天文学家估算,M51主星系的质量为1600亿个太阳质量,线直径约12万光年;伴星系的线直径约为7.6光年,但它的质量却比主星系还大,大约是3160亿个太阳质量。

M51距离我们大约2100万光年。

第一个被观测到具有螺旋结构的星系

M51是1773年10月13日由法国天文学家梅西叶首先发现的,他称它为“极暗的无星星云”。

从此以后,M51就一直备受天文学家的关注。

1774年1月,德国天文学家波德证实了梅西叶的发现,他说M51是“一个小而暗的发光星云,似乎为椭圆形”。

英国天文学家约翰·赫歇尔首次提出它可能是类似于我们银河系一样的星系。

1781年,法国天文学家梅襄首次看出M51由一大一小两部分组成。

罗斯手绘的M51的图像,与现代望远镜拍摄的M51多么相像

通过计算机模拟的两个椭圆星系相撞后形成M51的过程

梅西叶天体一共110个,其中河外星系有38个,这些天体大都是比较明亮的深空天体。

在所有梅西叶天体中M51既不算亮也不算大,可它却是第一个被观测到具有螺旋结构的星系。

为此,M51的名声大震,发现M51螺旋结构的天文学家也在天文学历史上留下了光辉的一页,他就是爱尔兰的业余天文学家威廉·帕森斯。

威廉·帕森斯出生在富裕的贵族家庭,又称罗斯伯爵三世。

猎犬座星图,M51位于猎犬座的东北部

1845年,罗斯经过十多年的不懈努力,耗资12000英镑,磨制成一具口径1.8米的铜制反射式望远镜。

望远镜镜筒长17米,装在两面高17米的石墙之间,远远望去就好像一座造型别致的城堡。

所以有人干脆就叫它“罗斯的城堡”。

这个庞然大物的聚光能力很强。

M51与北斗七星的位置关系示意图

从1845年至1850年期间,罗斯通过这架巨型望远镜多次观测了M51。

他发现了M51的螺旋结构,并用素描的方法将他看到的M51的细节真实地记录下来。

由于当时人们还没有认识到河外星系的存在,所以将M51叫做猎犬座螺旋星云。

另外,1848年罗斯还用自己的望远镜发现了金牛座M1周围有许多纤维状物质,并将它命名为蟹状星云,这个名字一直沿用至今。

威力强大的哈勃空间望远镜多次观测了M51。

20世纪90年代中期,“哈勃”曾拍摄到发生在NGC5194中的超新星1994I,拍摄到NGC5194的核心区域的特写照片,等等。

2005年1月,当“哈勃”再次将它的镜头对准了猎犬座中这个最具魅力的天体时,它拍摄到有史以来清晰度最高的M51照片。

M51的形成过程

像M51这样的双重星系也被称作互扰星系。

互扰星系是两个星系相遇或者碰撞后的产物。

宇宙中恒星与恒星之间的碰撞几乎是不可能发生的事情,因为恒星的平均尺度与它们之间的平均距离相比,两者相差大约5000万倍。

而星系与星系之间的相遇或者碰撞却是时有发生的,因为星系的平均尺度与它们之间的平均距离相比,两者相差仅仅只有100倍左右。

事实上,天文学家已经观测到不少星系相撞的实例,如天线星系、车轮星系、老鼠星系,等等,它们都属于两个星系相遇或者碰撞后形成的互扰星系。

有人估计,宇宙中约有15%的星系都经历过星系碰撞这种极其壮观的“宇宙交通事故”。

发生在1994年的苏梅克-利维彗星撞击木星的宇宙奇观,许多读者大概还都记忆犹新。

星系的碰撞过程,与苏梅克-利维彗星撞击木星的过程完全不同。

两个星系在相遇或碰撞时,与两群蜜蜂相遇的情况相类似。

两群蜜蜂互相穿越而过,并不会发生蜜蜂与蜜蜂之间的相撞。

在两个星系相遇或碰撞的过程当中,由于恒星之间的间隔太大,恒星与恒星也是不会相撞的,而星系中的星际物质和星云由于受到互相挤压的作用,物质密度突然陡增,会诱发一些新恒星的诞生。

同时,也还有一些原来正在生成恒星的气体星云在两星系碰撞的过程当中被扯碎、撕烂、驱散,使原来正在进行的恒星形成过程彻底崩溃。

经过相互碰撞过程以后,星系的形态会发生很大的变化。

内宇宙演化、发展的重要动力是涨落

在内宇宙的平衡态子系统、非平衡态子系统以及它们运动形式的有序性、无序性之间,还有一个将它们有机联系起来的重要中间环节——涨落。

科学观测表明,内宇宙各子系统之间在进行物质与能量相互交换的同时,产生着局域性的涨落。

正是这种涨落,从根本上造成了内宇宙各子系统的演化。

涨落是由非平衡态宇观系统和平衡态宇观系统的矛盾运动形成的,由宇宙系统运动、发展的不同程度、不同形式产生的非平衡态系统,促使宇观系统之间进行不同程度的信息交换,产生出不同形式的涨落。

而内宇宙整体上的非平衡态,又来源于、依赖于内宇宙中不同局域产生出的不同程度的涨落。

实际上,在内宇宙各子系统的不同运动形式上,涨落与非平衡态是互为前提的。

宇宙系统间非线性的协同相互作用是涨落的一种特殊形式,涨落决定了内宇宙各子系统之间在运动形式上的有序性与无序性的相互转化。

涨落与平衡态宇观系统、非平衡态宇观系统以及它们运动形式的有序性、无序性存在着有机的内在联系;这三个方面在实际运动过程中,构成了宇观系统演化和发展的有机链条。

科学家认为“星系和星系团的存在意味着早期宇宙中存在着对均匀性和各向同性的偏离。

根据关于星系形成的引力不稳定性理论,在物质和辐射退耦后,由于自引力吸引,原始的密度涨落开始增大。

今天星系的空间分布和质量谱可能反映了这种原始涨落的本质。”(《宇宙学与基本粒子物理学》,载《科学与哲学》1980年第6辑)

内宇宙各子系统在非平衡态的程度上存在着差异,使得局域的涨落具有微涨落与巨涨落两种程度不同的涨落形式。

在同一宇观系统运动形式层次上,微涨落代表着宇观系统的量变过程,巨涨落代表着宇观系统的质变过程。

而低一级层次上宇观系统的巨涨落又只是高一级层次上宇观系统的微涨落,它们是相对于宇观系统一定的运动形式层次而言的。

这是质量互变规律在宇观系统不同的运动形式层次上的体现,同时说明了质量互变规律由于宇观系统运动形式具有层次性,必然具有丰富的内容。

在涨落过程中,由于内宇宙各子系统内部及其相互之间的作用方式具有层次性,涨落又分为内涨落与外涨落两种方向不同的形式。

在太阳及各行星、卫星的相互作用中,对于太阳系来说是内涨落;银河系与太阳系的相互作用,对于太阳系来说是外涨落。

内、外涨落与微、巨涨落之间存在着内在的有机联系,它们在宇观系统实际运动中处于一种相互包含、相互渗透的关系之中。

涨落是在内宇宙中一定层次的宇观系统内部存在的,宇观系统内部及其相互之间的涨落运动即是宇观物质结构内部矛盾双方的绝对运动的具体表现。

物质运动的动力来源于物质内部的矛盾运动,这条辩证唯物主义基本原理在宇观世界同样有着客观基础。

局域性的涨落发展到一定阶段上会引起整体性的涨落,整体性的涨落完成后又会恢复到局域性的涨落。

物质运动的绝对性决定涨落时刻产生、变化着。

大爆炸宇宙学说中讲的热大爆炸,实际上就是内宇宙一次整体性的涨落。

大爆炸完成后,整体性的涨落又逐渐恢复到局域性的涨落,形成了目前内宇宙各子系统不同的运动形式。

近年来,天文学家发现,许多迹象表明M51是在几亿年以前,由两个椭圆星系相撞后形成的。

椭圆星系NGC5194与NGC5195相遇了,NGC5195掠过了NGC5194的边缘。

NGC5194的结构受到NGC5195的引力作用而发生了变化,打乱了原来的形态,由原先的椭圆星系逐渐转变成了旋涡星系。

并且它靠近NGC5195的旋臂,因受NGC5195的强烈扰动作用也大大偏离了正常位置,直奔NGC5195而去,形成了连接它们的发光的物质桥。

当然,这两个星系之间的相互作用决不像彗星撞击木星那样转瞬即逝,而是经过了漫长的时间才逐渐变化成现在这个样子。

有天文学家还用计算机模拟了两个椭圆星系相撞的壮观精彩的全过程,模拟过程产生的“物质桥”,与对M51实际观测的结果非常吻合。