仙女座星系左上角的青色结构是天文爱好者新发现的结构，它被称为SDSO-1。图片来源：Marcel Drechsler/Xavier Strottner/Yann Sainty
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10米级的望远镜、在太空中运行的天文卫星、亿级甚至是十亿级的预算……可能在你的印象中，星空中的任何细节都无法逃离天文学家的视野，天文爱好者的照片只剩下了美学意义。但事实并非如此，就算是在人类最熟悉的星系上，天文爱好者也能有全新的发现。
撰文 | 王昱
审校 | 二七
2022年初，法国的天文爱好者马塞尔·德雷克斯勒（Marcel Drechsler）和格扎维埃·斯特罗特纳（Xavier Strottner）决定邀请深空摄影师Yann Sainty一起拍摄一些星云照片。在爱好者的领域内，他们都是资深大拿，他们要拍摄的星云要么从没人拍摄过，要么从没人拍得那么完美。他们打算拍下这些照片后，整理进星表中（Strottner-Drechsler星表，简称StDR星表，catalog StDr）与全球天文爱好者共享。
这是一次充满挑战的拍摄，摄影师Yann必须要找到一些合适的地方。 对深空摄影而言，环境和拍摄设备同等——甚至更加重要。城市繁华的街灯能轻易淹没星光，而在人烟稀少的地方，我们用肉眼就能一睹银河的璀璨，望远镜拍起来也更容易。Yann在几个月内走遍了法国境内数千千米，寻找最黑暗宁静的夜空。另外两人则负责图像处理和分析。
无心插柳
Yann的努力是值得的，他们找到了合适的拍摄地点，拍下了绝美的星云照片。在几个月后的辛勤劳作后，Yann需要休息。当时正值8月，仙女座星系升上了北半球的夜空，他决定拍一张仙女座星系，也就是M31星系的照片来放松。
充满“法国情调”的观测，图中人物为Yann。图片来源： 振旺光电
仙女座星系在银河系之外，距离我们250万光年，是肉眼可见最遥远的天体。就像每个程序员在刚开始学习编程时输出“Hello world!”一样，仙女座星系是每个深空摄影师都必拍的星系——因为它拍起来确实简单一些。早在130多年前，英国天文学家艾萨克·罗伯茨（Isaac Roberts）就将感光底片和望远镜结合起来，再把它们放到赤道仪上随地球自转，连续曝光4小时拍下了仙女座星云（因为当时还不确认它是否是一个星系）的照片。今天，飞速发展的技术让爱好者也能相对容易地拍到仙女座星系。
但用常规的方式来拍摄仙女座星系，对Yann来说显得有些“无趣”，毕竟这个星系已经被人拍了无数遍了。他决定利用他找到的绝佳地址，用一种相对新颖的方式来拍摄仙女座星系：用窄带滤镜来拍摄。对大多数天文爱好者而言，星系太过暗淡，能拍到就已经不容易了。而用窄带滤镜又会过滤掉大部分光线，传感器只能接收到特定频率的光，亮度进一步降低，拍摄难度更大。
在滤镜的选择上，Yann也下了一番心思，他选择的是O III滤镜。在他的印象中，以前从没有爱好者用这种滤镜拍摄过仙女座星系的照片。这种滤镜可以让500.7纳米的青蓝色光透过滤镜，半高全宽（FWHM）仅有3纳米。500.7纳米，这正是失去两个电子的氧原子发光的波长。说不定，他能发现一些从没人看到过的细微结构。
Yann记录下的图像，左下角的气体结构从来没有人记录过。图片来源：Marcel Drechsler/Xavier Strottner/Yann Sainty
Yann错了，但他错的不是没有发现什么结构，而是新发现的结构大得有些离谱，根本称不上细微。Yann发现，他的照片边缘，有一个暗弱的星云，一直延伸到照片之外，似乎整个星云的大小已经和仙女座星云相当。Yann看过无数张仙女座星系的照片，他从没见过这个结构，他的第一反应是拍摄本身出了问题：可能是望远镜内部反光导致的鬼影，焦平面设置错误，放大器本身的辉光，这些都有可能导致成像错误。但马塞尔在看过这些图像后，认为这可能是一个新的暗弱的星云结构，他们应该收集更多数据。
经过几个小时的曝光，团队认为那里肯定有一些新的东西。他们研究了数周，却发现这个看起来和仙女座星系一样大的结构竟然从来没有被记录过。
继续观测可以提升图像的质量，但时间不等人，在法国的秋季，天气逐渐恶化，Yann找到的观测点逐渐不能满足观测的要求。从2022年的8月到11月，Yann又奔波了数千千米，用22个晚上总共凑齐了111小时的曝光时间，在O III滤镜下记录下了这个从未有人见过的结构。
为了彻底排除个人和设备的影响，他们又邀请更多深空摄影师用自己的望远镜，以同样的方式观测，证实这个结构确实存在。最终，他们总共邀请到4位深空摄影师，总共用5台望远镜各自确认了这个结构的存在。并将它命名为Strottner-Drechsler-Sainty Object 1，或者简称为SDSO-1。
追根溯源
但是，如果SDSO-1确实存在，那它到底是什么？
为了找出答案，这个天文爱好者团队联系上了专业的天文学家。他们请美国达特茅斯学院的罗伯特·费森（Robert Fesen）教授、奥地利因斯布鲁克大学的斯特凡·基姆斯温格（Stefan Kimeswenger）教授和美国科罗拉多大学的米迦勒·沙尔（Michael Shull）教授进行更深入的分析。
就算是专业的天文学家也没见过SDSO-1，不论是在X射线、紫外线、光学、红外线还是射电波段，天文学家从来没有发现过对应的结构。但他们还是能找到问题的关键——SDSO-1是不是仙女座星系的一部分，或者说，SDSO-1离我们究竟有多远。
距离在天文学中具有重要的意义。早在一个世纪前，就有一场关于仙女座星系距离的著名的辩论。1920年，两位天文学家哈洛·沙普利（Harlow Shapley）和希伯·柯蒂斯（Heber Curtis）就曾辩论过仙女座星云是否是银河系的一部分。最终埃德温·哈勃（Edwin Hubble，哈勃空间望远镜就是以他命名）在1924年给出的观测结果证实了希伯·柯蒂斯的论点，仙女座星云是银河系之外的一个星系。 这次辩论改变了天文学家的宇宙观，在这之前，天文学家普遍认为，银河系已经是宇宙的全部了。而在那之后，人类才意识到，原来在银河系之外，宇宙中还有无数个像银河系一样的宇宙岛。不过，现在的关键还是判断SDSO-1的距离。
1902年记录的仙女座星云图像。当时人们还没意识到它其实是银河系之外的一个星系。图片来源：Public Domain
如果SDSO-1真的像看起来那样，位于仙女座星系的旁边，或者本身就是仙女座星系的一部分，那就意味着这个暗弱的星际云长度可达数万光年，是仙女座星系中最大的连续结构。在这种情况下，这个星际云大概是仙女座星系中恒星抛出的气体——这要求在这个SDSO-1附近应该存在有大量的氢，因为这是恒星的主要成分。 但观测表明那里并没有氢，至少没有足够多的氢，因为爱好者的望远镜看不到这些结构，科学家的档案也表明这里没有这么多氢。
SDSO-1还可能位于银河系和仙女座星系中间。考虑到仙女座星系正朝着银河系运动，两个星系的光晕可能会发生相互作用，就像船在海中航行时，船艏激起的波浪一样。但如果是这样，这个云在天空中看起来应该不会离仙女座星系这么近，相反， 它看起来应该处在仙女座星系和银河系中心的中间。
还有另外一种可能，那就是SDSO-1其实就位于银河系之内，只是恰好处在仙女座星系的方位，让它看起来好像就在仙女座星系边上一样。在这种情况下，SDSO-1应该就是常规的行星状星云了，类似太阳的恒星在生命末期会喷发出大量气体，从而形成行星状星云。但问题是，如果能在O III滤镜下观测到行星状星云，说明星云中应该有大量氧元素，氢元素也不会少，并且温度很高， 它在其他波段应该更亮才对，但实际上在其他波段却从没人发现过这样的结构。或者SDSO-1其实是一颗超新星爆炸后的残余物，但在这种情况下，天文学家关心的紫外线、射电波段都应该有所记录才对。
所以目前，没人清楚这到底是什么结构，更别提它是如何产生的了。
当然，探索也不会就此止步。这个最初由天文爱好者组成的团队已经拉拢了一些天文学家，他们打算继续深究SDSO-1的本质。他们打算动用科研级天文望远镜，专门测量SDSO-1的光谱，根据多普勒效应分析SDSO-1的速度，获取更多信息以进一步分析。团队也将之前的经历整理成观测报告，发表在 Research Notes of the AAS 上。
为什么是爱好者？
你可能会感到奇怪，连天文爱好者用个人的装备都能发现这样的结构，怎么天文学家拿着贵的多的设备，却从来没有发现过类似的结构呢？
天文学家的望远镜不是为了拍摄好看的深空图像而设计的，专业天文望远镜的视场往往十分狭小，可以让天文学家分辨星系最细微的细节，但这也同样导致天文学家容易 “只见树木，不见森林”。如果用专业的天文望远镜观测仙女座星系，往往只能拍下仙女座星系的核心，根本拍不到星系外围的气体结构。更何况，望远镜的机时非常宝贵，想要用望远镜展开观测，天文学家往往要写出理由足够充分的申请才可以。
并且，图像传感器的发展非常迅速。近几年来，手机摄影能力进步不小，这其中就有不少是图像传感器的功劳。而天文摄影也搭上了便车，让天文爱好者也能拍到质量更高的图像。
Yann使用的望远镜。图片来源： 振旺光电
具体到这次的发现，德雷克斯勒等人使用的是一台口径106毫米的折射式望远镜，口径相对不是很大，但成像质量较好，价格在4万元多人民币；相机后背式和赤道仪也都是较新的、较高端的型号，价格分别也都在1万多元人民币。整套设备虽然有不少人能负担得起，但也绝对算不上便宜。更重要的是， 在望远镜背后操作的人，本身就是资深的深空摄影师，他们懂得如何最好的利用人类现代科技的结晶。
其实，有不少天体都是由天文爱好者发现的。而SDSO-1的发现之所以令人震惊，主要还是因为，一个多世纪以来，仙女座星系已经被拍摄了无数次，却从没有一次有人发现在O III滤镜下竟然还存在这样巨大的气体结构。
对天文爱好者而言，这次发现是一座希望的灯塔，只要懂得合理使用正确的工具，星空中就还有很多宝藏可以发掘。就算是在人们最熟悉的仙女座星系周围，也不例外。
