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球状星团是 银河系 中最为古老的天体之一,对它的年龄和 金属丰度 进行测定,可以为我们研究银河系早期的 恒星形成 和演化过程提供重要的线索。另一方面,动力学研究是球状星团研究的另一重点领域。为此需要知道星团的各种物理参数,包括质量、尺度、距离、空间 密度分布 等等,所有这些都需要大量的观测才能得到。同时,处于银河系 引力势 中的球状星团会有恒星不断地在外部潮汐 力场 的作用下被剥离出去形成潮汐尾。潮汐尾的存在一方面反映了球状星团的动力学演化,另一方面也为我们提供了银河系中的物质分布情况。
银河系中的疏散星团相对于球状星团是比较年轻的、较松散的恒星聚集体。一般地将球状星团归于银河系的 晕族 天体,把疏散星团归于 盘族 天体。球状星团系统总体上是 贫金属 的靠无规则 热运动 支撑的系统,而疏散星团系统是富含金属的靠旋转支撑的系统。特别,大部分疏散星团是非常年轻的天体,而且多数分布于银河系的旋臂区域,这一区域是非常活跃的恒星形成区,因此疏散星团反映了银河系恒星形成情况。由于星团中的恒星都是同时形成的,因此, 疏散星团 和球状星团的CMD是检验恒星 演化模型 的有利工具。同时,在星团当中存在各种 变星 ,例如天琴RR变星等,对这些变星的观测同样对恒星演化模型提出了重大的挑战。
BATC 视场 的大小非常适合银河系内星团尺度天体的研究。对于较远距离的球状星团,不仅可以观测到整个星团,而且还包含了大范围的 背景场 星在内,这不仅可以使我们对球状星团的各种 物理性质 进行研究,同时可以对星团在银河系 引力场 作用下的动力学状况进行研究。对于疏散星团,大的视场有助于消除CMD中场星造成的污染。此外,大的视场为变星的研究提供了大量的侯选样本。尤为重要的是BATC的多达15个的中等带宽的滤波片系统可以给出观测目标的分 光能量 分布结果,这对于我们使用简单 星族合成 的方法开展银河系内星团的研究提供了非常重要的观测工具。
星团的命名,一般采用相应的 星表 中的号码。最常用的是 梅西叶星表 ,简写为"M".它只包括了较亮的星团。较完全的是" NGC "星表,有时还用"IC"星表。这些星表中不仅仅包括星团,还有星云和 星系 。1784年法国天文学家 梅西耶 在研究 彗星 时,把103个位置固定的模糊天体编成星表,以免与彗星混淆。
1888年 丹麦 天文学家德雷耶尔编了包括有7,840个有星云、星团等延伸天体的星表,称为《 星云星团新总表 》(简称 NGC星表 ),后来又发表了包括5,386个天体的NGC星表的 补编 (简称IC星表)。这几个星表中都载有大量的星团,因此,一般就用这些星表的编号作为星团的名称。如: 梅西耶星表 67号天体( M67 )即NGC2682,是一个银河星团;M22即NGC6656,是一个球状星团。一些亮星团还有自己的专门名称,如昴星团、毕星团等。
疏散星团 形态不规则,包含几十至二、三千颗恒星,成员星分布得较为松散,用望远镜观测,容易将成员星一颗颗地分开。少数疏散星团用肉眼就可以看见,如 金牛座 中的 昴星团 (M45)和 毕星团 巨蟹座 中的 鬼星团 (M44)等等。
在银河系中已发现的疏散星团有1000多个。它们高度集中在银道面的两旁,离开银道面的距离一般小于600光年左右。大多数已知道疏散星团离开太阳的距离在1万光年以内。更远的疏散星团无疑是存在的,它们或者处于密集的银河背景中不能辨认,或者受到星际尘埃云遮挡无法看见。据推测,银河系中 疏散星团 的总数有1万到10万个。
疏散星团的直径大多数在3至30多光年范围内。有些疏散星团很年轻,与星云在一起(例如昴星团),甚至有的还在形成恒星。
昴星团
昴星团位于 金牛座 。金牛座位于赤经4时20分,赤纬17度,在英仙和御夫两座之南, 猎户座 之北。座内有著名的昴星团和毕星团,以及M1 蟹状星云 ,以"两星团加一星云"而闻名。金牛座α星中国古代称 毕宿五 ,是颗橙色的1等星,在全天亮星中排第13位。座内共有亮于4等的星28颗。金牛宫是黄道第二宫,每年4月20日前后太阳到达这一宫,那时的节气是谷雨。
金牛座毕宿五与 狮子座 轩辕十四 天蝎座 心宿二 南鱼座 北落师门 共四颗亮星,在天球上各相差约90度,正好每个季节一颗,被合称为 黄道带 的"四大天王"。连接 猎户座γ 星和毕宿五,向西北方延长一倍左右的距离,是一个著名的疏散星团——昴星团。眼力好的人可以看到这个星团中的7颗亮星,所以中国古代又称它为"七簇星"。
昴星团距离我们417光年,直径达13光年,用大型望远镜观察,可发现昴星团有280多颗星。另一个疏散星团叫毕星团,它位于毕宿五附近,但毕宿五不是它的成员。毕星团距离我们143光年,是离我们最近的星团。毕星团用肉眼可看到五、六颗星,实际上大约有300颗。金牛座ζ星附近,有一个著名的大星云,英国的一位天文学家根据它的形状把它命名为"蟹状星云"。本世纪天文学家推断出蟹状星云是1054年一次 超新星爆发 的产物。
2005年,在 仙女星系 发现一种新形式的星团,在几种方面与 球状星团 相似,但没有那么密集。在 银河系 中尚未发现任何一个中间型态的星团 (也称为延展球状星团),但在仙女星系中已经发现三个,分别被命名为M31WFS C1、M31WFS C2、和M31WFS C3。
这种新发现的星团包含数十万颗恒星,数量与球状星团相似。这种星团 金属量 星族 也与球状星团的相符。与球状星团的差别只在于它们非常的大,直径可达数百光年,但密度远低于其他球状星团。因此,在延展球状星团中的恒星间距离也大了许多。在参数上,这种星团介于球状星团和 矮椭球星系 之间。
尚且不知这种星团如何形成,但它们的形成可能和球状星团或不规则的矮卫星系有关。
球状星团 呈球形或扁球形,与疏散星团相比,它们是紧密的恒星集团。这类星团包含1万到1000万颗恒星,成员星的平均 质量比 太阳略小。用望远镜观测,在星团的中央恒星非常密集,不能将它们分开。如 猎犬座 中的 M3 人马座 中的 M22 等等。
银河系 中已发现的球状星团有150多个。它们在空间上的分布颇为奇特,其中有三分之一就在人马座附近仅占全天空面积百分之几的范围内。天文学家最初正是根据这个现象领悟到太阳离开 银河系中心 相当远,而银河系的中心就在 人马星座 方向。跟疏散星团不同,球状星团并不向 银道面 集中,而是向银河系中心集中。它们离开银河系中心的距离极大多数在。万光年以内,只有很少数分布在更远的地方。球状星团的光度大,在很远的地方也能看到,而且被浓密的星际 尘埃云 遮掩的可能性不大,因此 未发现 的球状星团数量大致不超过100个,总数比疏散星团少得多。
球状星团的直径在15至300多光年范围内,成员星 平均空间 密度比 太阳附近恒星 空间密度 约大50倍,中心密度则大1000倍左右。球状星团中没有年轻恒星,成员星的年龄一般都在100亿年以上,并据推测和观测结果,有较多死亡的恒星。
半人马座 ω星团(NGC5139)(Omega centauri)。1677年,天文学家哈雷发现这个星团时误以为是一颗恒星。因为用肉眼虽然能直接看到它,却不能分辨出它内部团聚的恒星。人们给了它一个 希腊字母 ,称其为 半人马座ω (音omega,奥米加)。直到1830年, 英国 天文学家赫谢尔(John Herschel)才首先发现它是星团而不是星云。ω星团位于半人半马的腰眼附近。半人马座ω距离地球约17000光年,年龄大约120亿岁。它的密度大得惊人,包括的几百万颗恒星的范围内,它中心部分的恒星彼此相距平均只有0.1光年,而离 太阳系 最近的恒星也在4光年之外。半人马座ω是全天最明亮、美丽的球状星团,可惜位于南天。 北半球 中纬度 以北的人们无缘与它会面,不过北纬25°以南地区的人们可以看见完整的半人马座。对南半球的 观测者 来说,半人马做属于秋夜星座,但在中国南方几个省份于春天晚上可看到。