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M 57

星状星云 M57(NGC 6720),类型4+3,位于天琴座

环状星云

[m57.jpg]
赤经 18 : 53.6(小时:分)
赤纬 +33 : 02(度:分)
距离 2.3(千光年)
视亮度 8.8(星等)
视大小 1.4x1.0(角分)

由Antoine Darquier de Pellepoix在1779年发现。

著名的环状星云M57经常被认为是行星状星云的原型,是北半球夏夜的精品。最近的研究已经证明,它极有可能真的是围绕在中心恒星周围,辐射着亮光的物质环,而不是一个球(或者椭球)壳,这刚好与John Herschel早期的假设相同。如果我们从 其赤道平面上进行观测,那它看起来就会更像哑铃星云M27或者小哑铃星云M76,而不是现在我们所熟悉的样子:我们刚好是从它的极轴方向看见它的。

这与Kenneth Glyn Jones书中所表达的想法完全相反。天文学家们对M57进行了深度暴光观测,比如George Jacoby在Kitt峰国立天文台拍摄的深度暴光照片,对此进行的研究甚至暗示,星云的整体形状与其说是环状,还不如说更像是一根轴线沿着视线方向分布的管子,即我们 正在俯视一根由恒星核燃烧生命晚期抛射出来的气体所组成的管子。最后,这些观测还发现了证据,证明这些赤道环或赤道管朝着两极方向有瓣状延伸,就像在M76的深度暴光照片中看到的那样,不过应该与NGC 6302这样的行星状星云更为相似,详细情况请参见Sun Kwok(2000)所写的综述。

深度暴光观测还显示出一个延伸超过3.5角分的物质晕(Hynes的数据为216角秒,引自Moreno & Lopez, 1987),这些是恒星早期星风的遗留物。这个物质晕是1935年由J.C. Duncan发现的(Duncan, 1935)。

我们的彩色照片(由Palomar山200英寸的Hale望远镜拍摄)表明,随着距离中心恒星(温度高达100,000到120,000 K)越来越远,环中物质的电离度也越来越低。最内侧的区域只发出紫外辐射,因而看起来是黑色的;而在可见星云环的内侧,电离氧和电离氮发出的绿色禁忌辐射是主要的颜色;在环的外侧,只有发出红光的氢元素能够被激发。

中心恒星是在1800年由德国天文学家Friedrich von Hahn(1742-1805)利用焦距20英尺的折射望远镜发现的。 这是一颗行星大小的白矮星,亮度约为15等。其前身是一颗类似太阳的恒星,很可能一度比太阳质量还大,在演化到Mira变星阶段末期时,它外侧的包层被星风吹走。目前它的温度超过100,000 K,不过很快就会开始冷却,它会以白矮星的形式继续发光达几十亿年,最终会演变成寒冷的黑矮星。

与大多数行星状星云一样,环状星云M57的距离也非常不确定。不过就这个星云来说,人们可以利用它每世纪将近1角秒的膨胀速率和它径向速度之前的关系来估测距离。不过这些结果都建立在对星云形态错误的假设之上, 他们都假设星云是球形的。因此,直到最近为止,人们只能基于不同的理论假设和模型,给出粗略的估计。下列的距离值就是不同的估算结果:4,100光年(K.M. Cudworth 1974;Mallas/Kreimer),1,410光年(Kenneth Glyn Jones),2,000到2,500光年(Vehrenberg),2,000光年(Sky Catalogue 2000.0),“大于2,000光年”(Murdin/Allen的《宇宙目录(Catalogue of the Universe)》),5,000光年(Chartand/Wimmer的《天空指南(Skyguide)》),3,000光年(WIYN),以及1,000到2,000光年(Sun Kwok, 2000)。更准确的距离值仍待确定(比如利用Hubble太空望远镜测量其视差),不过最近美国海军天文台(USNO)利用增强CCD技术测量了M57中心恒星的三角视差,结果为2,300光年(Harris et.al. 1997,也可参见STScI/Nasa, Jan 1999)。

根据前面给出的每世纪1角秒的膨胀速度,基于膨胀速度恒定的假设,可以粗略估计出星云的年龄。它的视大小为60x80角秒,这表明它已经膨胀了大约6,000到8,000年。

与大部分行星状星云一样,环状星云的视星等比照像星等明亮得多,前者为8.8等,而后者仅有9.7等;这是大部分光线都集中在少数几条特定谱线之中的必然结果(参见我们行星状星云网页上的讨论)。按照2,300光年的距离,它的视绝对星等相当于-0.3(照像绝对星等为+0.5),即固有亮度约为我们太阳的50到100倍。甚至连14.7等 、只有行星大小的中心恒星绝对星等也达到+5到6等,几乎不比我们的太阳暗多少。星云1.4角分的视直径对应的真实直径为0.9光年(5.5万亿英里或者8.8万亿公里,即60,000天文单位),物质晕的直径延伸达2.4光年。

星云物质的质量被估计太阳的0.2倍,密度约为每立方厘米10,000个离子。它的化学成份如下:每含一个氟原子(Fl),环状星云中就包含了425万个氢原子(H),337,500个氦原子(He),2,500个氧原子(O),1,250个氮原子(N),375个氖原子(Ne),225个硫原子(S),30个氩原子(Ar)和9个氯原子(Cl)。它正以每秒20到30公里的速度膨胀,以每秒21公里的速度接近我们。

由芬兰天文学家拍摄的M57照片上显示了一颗重叠在星云环上的恒星(前景星或者背景星)。

对天文爱好者来说,辨认出环状星云暗淡的中心恒星始终是一项挑战。可以参考Tom Polakis的M57邻近恒星光度测量数据Brian Skiff的M57场恒星光度测量网页

M57是被发现的第二个行星状星云(1779年1月),比最早发现的行星状星云M27晚了15年。Antoine Darquier de Pellepoix (Darquier)最先发现了环状星云,并且将它形容为“暗淡的星云,但是轮廓非常清晰;与木星一样大小,看起来像颗变暗的行星。”仅仅几天之后,Charles Messier就发现了它,并且将它记录在案。可能是Darquier将星云与行星的比较影响了William Herschel,他发现这类天体与他最新发现的行星——天王星非常相似,因此给这类天体取名为“行星状星云”。Herschel形容M57为“穿孔的星云,或者恒星环;”这是第一次对环 状形态的描述。奇怪的是,“行星状星云”这一名称的发明者并且没有将这个最典型的代表算入此类天体之中,而是将它形容为“天堂的异物”,当作是一个特殊的天体。Herschel还辨认出一些重叠在环上的恒星,并且正确地认为“[它们]全都不属于它。”

M57介于天琴座Beta和Gamma星之间,位于Beta到Gamma星连线的三分之一处,非常容易寻找。用双筒望远镜就能看到一个恒星状天体,不过由于它非常小,因此很难辨认出来。使用较小的望远镜,在大约100倍的放大率下,环状开始显现出来,可以看见中心部分 较暗;一颗12等恒星位于行星状星云东侧,距离中心约1'。如果能够看出颜色,环状星云看起来会有点偏绿,这并不出乎意料,因为它的大部分光线都集中在少数绿色的谱线之中。即使在小望远镜中,也可以看出它略呈椭圆形,主轴的方位角约为60度。随着望远镜口径的增加,在良好的观测条件下,可以看到越来越多的细节,不过即使在最大的仪器中,中心恒星也只有在最佳观测条件下,或者借助滤镜的帮助,才出显现出来。在大口径的望远镜中,在极佳的条件下,可以在星云背景中看见几颗非常暗淡的前景星或者背景星。

在M57周围的恒星中,天琴座Beta(渐台二)是一颗著名的食双星,两颗子星的光谱型分别为B7和A8,亮度在3.4和4.4等之间变化,变光周期为12.91天。天琴座Gamma(渐台三,英文名Sulaphat在阿拉伯文中是“乌龟”的意思)是一颗3.2等的巨星,光谱型为B9 III型,它有一颗12等的伴星,角距13.8",方位角为300度。大小为0.4'、亮度为14.4等的星系IC 1296位于M57西北4'的位置,可以用大型望远镜找到。

  • M57的历史观测和描述
  • HST拍摄的M571998年10月HST拍摄的照片
  • KPNO拍摄的M57
  • WIYN拍摄的M57
  • M57的三个层次 George Jacoby拍摄,KPNO(随着探测器灵敏度的增加,显示了更外侧的暗淡包层)
  • Lowell 1.1米望远镜拍摄的M57Bill Keel
  • 更多M57的图片
  • 爱好者拍摄的M57更多爱好者拍摄的图片

    Bill Arnett的环状星云M57照片网页, 资料网页

  • M57多波段图片库,SIRTF多波段Messier博物馆
  • Jack Schmidling的M57网页

  • SIMBAD的M57数据
  • NED的M57数据
  • M57的观测报告(IAAC网络天文列表)

    参考文献



    Hartmut Frommert (spider@seds.org)
    Christine Kronberg (smil@agleia.de)

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    最后更新:2005年02月13日,北京时间16:34:08
    中文翻译:Steed Joy