有人非常认真地量出了一个不存在的旋转｜NASA 天文每日一图20260918

三角座星系 M33，一次错了六百五十倍的测量，以及为什么中国人看不见它——跟高度没关系。

图片：NASA 天文每日一图（APOD）· Image Credit & Copyright: George Chatzifrantzis · 当日页面

今天的 NASA 天文每日一图，是一个正面朝着我们的漩涡。

它叫 Messier 33，住在三角座——秋夜里一个很小、很不起眼的星座，三颗中等亮度的星拉成一个瘦三角。这个星系正面对着地球，所以我们看到的不是一道侧影，而是一整张摊开的盘。旋臂缠得很松，不是那种绕得紧紧的发条，更像是随手甩出去的几条带子。带子上有两种颜色：蓝色的是年轻恒星聚成的星团，粉红色的是正在造星的气体云。

在照片上从中心往外找，能看见一团特别大、特别亮的粉红色区域。那是 NGC 604，M33 里最亮的恒星诞生地。

不过这篇文章想讲的，是这个星系身上最不像天文学的一件事。

一个人量出了一个不存在的东西

1923 年，天文学家阿德里安·范玛宁（Adriaan van Maanen）在《天体物理学杂志》上发表了一篇论文，编号 ApJ 57, 264。他做的事是这样的：把相隔十二年拍摄的两张 M33 的玻璃底片摆在一起，一颗一颗比对上面的亮点，看它们有没有挪动。

他量出来的结果是：挪动了。

具体数字是每年 0.020 角秒的「旋转分量」，误差写作 ±0.001——一个看上去精确得让人放心的数字。不同半径处的值在每年 0.012 到 0.024 角秒之间，换算成自转周期是六万到二十四万年。他自己的推论很直接：这些位移是真正的内部运动，而这意味着螺旋星云虽然比太阳系大得多，但和银河系比起来是小的。

这句推论，等于是在说：这些漩涡不是遥远的、和银河系同级的另一个宇宙岛，它们就在我们家里。

这正是当时天文学最大的那个问题。1920 年 4 月 26 日，哈洛·沙普利（Harlow Shapley）与希伯·柯蒂斯（Heber Curtis）在华盛顿做过一场著名的辩论，争的就是这个：那些螺旋星云是银河系内部的云团，还是和银河系一样大的、遥远的星系？沙普利认为是前者。而在双方事后各自扩写的印刷版里，沙普利确实援引了范玛宁的自转测量，并且点了 M33 的名——他的意思是，既然这些漩涡在转，而且转得这么快，它们就不可能是那个理论要求的极端遥远的天体。

（一个必须说清的时间关系：口头辩论在 1920 年，而 M33 那篇论文是 1923 年发表的；沙普利在印刷版里引的是 1921 年前后的初步结果。他没有在 1920 年的台上举出 M33。）

三年后，1926 年，埃德温·哈勃发表了《作为恒星系统的螺旋星云：Messier 33》，ApJ 63, 236。他在 M33 里找到了四十二颗变星，其中三十五颗是典型的造父变星，周期从十三天到七十天。造父变星是一种「会自报距离」的星——它的真实亮度和脉动周期严格相关，所以只要量出周期和看起来的亮度，距离就出来了。哈勃算出的距离是 263,000 秒差距，也就是他文中写的八十五万光年。

八十五万光年，是银河系直径的八倍多。这个数字直接判了范玛宁的死刑：如果 M33 真在那么远，它又有那么大的角尺寸，那它就必须是一个和银河系同量级的巨大系统；而一个那么大的系统，绝不可能按每年 0.02 角秒的速度旋转——那会让边缘的恒星跑得比光还快。

顺便说一句，哈勃自己也错了，错了三点二倍。 今天 M33 的距离约为二百七十万光年。他那个年代还不知道造父变星分成两个族、有两条不同的周期—亮度关系，所以整个尺度都偏小了。科学不是一次改对的。

八十二年后，有人量到了真的那个

2005 年，一个五人团队在《Science》上发表了《三角座星系（M33）的几何距离与自行》，卷 307，页 1440 到 1443。

他们用的是甚长基线阵（VLBA），观测对象不是恒星，而是 M33 里两个水超脉泽源——M33/19 和 IC 133，分别位于星系相对的两侧。水超脉泽是极小、极亮的微波辐射点，位置能被测得极准。他们测出这两个点各自的自行，然后相减。

相减出来的那个数，就是 M33 的自转：每年 30.8 ± 4 微角秒，对应的线速度是每秒 106 ± 20 公里。

把两个数字换成同一个单位再看：范玛宁 1923 年给的是每年 0.020 角秒，也就是每年 20,000 微角秒；2005 年实测出来的是每年 30.8 微角秒。

20,000 ÷ 30.8 = 649。他大了六百五十倍。 论文作者自己的措辞更保守也更狠：大了三个数量级。换成周期：范玛宁说六万到二十四万年，实际上按半径八千秒差距、速度每秒 110 公里算，M33 转一圈要四亿五千万年左右。

这篇论文里有一句话，是我今年读到的最好的一句天文学论文句子。它不谈物理，只谈时间：

More than 80 years after van Maanen's observation, we have measured the rotation and proper motion of M33.

范玛宁不是骗子，也不是外行——他是当时最有经验的底片测量者之一。他做的是极其枯燥、极其细致的工作：在两张底片上找同一颗星，量它挪了多少微米。而那个不存在的旋转，是从系统误差里长出来的。至于具体是怎么长出来的——最权威的科学史研究都在付费期刊后面，我没读到原文，所以这里只说能确定的那一半：他量出的量级在物理上不可能，而不可能的原因，要等到有人知道这个星系真正有多远、有多大之后才能说清。

这就是这张照片背后真正的故事：一个非常认真的人，用非常可靠的方法，量出了一个不存在的东西；而八十二年后，另一群人用完全不同的方法，量到了真的那一个。 中间那八十二年，没有人是坏人。

那团粉红色，银河系里根本没有

回到照片上那块最亮的粉红色。

NGC 604 的直径，欧洲空间局在韦布望远镜的官方发布里写的是横跨约一千三百光年。里面有两百多颗最热、质量最大的那类恒星——O 型和 B 型，其中 O 型星的质量可以超过一百个太阳。年龄大约三百五十万年。

用猎户座大星云做尺子会更有感觉。猎户座大星云是北半球冬夜里用肉眼就能看到的那团雾，宽度约二十四光年。NGC 604 比它宽五十四倍，亮六千三百倍。

而欧空局在那次发布里加了一句：在附近的宇宙里，找到这样一群大质量星聚在一起是相当罕见的——事实上，银河系里没有类似的区域。

也就是说，要看这么大一间恒星育婴房，你得把视线送到二百七十万光年外去。

两件还没定下来的事

APOD 的说明里有一句：M33 本身被认为是仙女座大星系的卫星星系。

这句话现在不太站得住了。 2019 年一个团队用 Gaia 与哈勃的自行数据做了 M31 与 M33 的轨道积分，论文发表在 ApJ 872, 24。他们的结论倾向于另一种情况：M33 可能正处在第一次落向 M31 的途中——也就是说，它历史上从没绕着 M31 转完过一圈。换句话说，它不是一颗老卫星，是一个刚来的客人。这件事目前是未决的。

另一件更有意思：这把尺子自己还没量准。

APOD 说得没错，M33 那些被仔细测量过的变星，帮助它成了确立宇宙距离尺度的一把量天尺。但如果把各种方法给出的 M33 距离排在一起：

最大的值比最小的值大 32%，而且两端的误差棒不重叠。更尴尬的是，最小的那个（730）恰恰是最不依赖「标准烛光」的那一个——它是纯几何测量，不需要假设任何一类星有多亮。这个矛盾至今没有干净的解决。

所以 APOD 那句「约三百万光年」偏高了一点点，接近食双星那一端；比较稳的说法是二百七十万到二百九十万光年。

一把还在被校准的尺子，仍然是一把尺子。天文学就是这么往前走的。

高度这一项，中国全境都不缺

M33 的赤纬是 +30.66°。一个天体在某地的最大高度，等于 90° 减去当地纬度与该天体赤纬之差的绝对值。算下来是这样：

上海的纬度和 M33 的赤纬几乎一样，所以每个晴夜 M33 都会几乎正正掠过上海的天顶。

把这张表和波特尔第 4 级那句「高度超过 50°」放在一起，结论很清楚：中国人看不见 M33，从来不是因为它太低。纯粹是因为天太亮。

从奎宿九（β And，2.07 等）看，M31 仙女座大星系位于西北约 7.7 度，M33 位于东南约 7.1 度，两个星系几乎等距地分列在同一颗星两侧。

中国为了保住一片黑，专门立了一部法

前面提到冷湖的 22.3。那个数字来自 2021 年《Nature》上的一篇选址论文——《青藏高原冷湖作为天文观测台址》，第一作者是邓李才，卷 596，页 353 到 356。

论文测的是青海海西州茫崖市冷湖镇的赛什腾山，海拔 4200 米，三年连续监测。关键几项是：新月期夜天光背景每平方角秒 22.3 星等；视宁度中值 0.75 角秒，约 75% 的测量优于 1 角秒；70% 的夜晚是晴朗的测光夜；55% 的夜间时段大气可降水量低于 2 毫米。结论是这里适合作为天文观测台址，并填补了东半球的一段经度空白。

那之后望远镜就开始往山上搬。到 2024 年 5 月，冷湖观测基地已引进各类天文望远镜 43 台，入驻的有国家天文台、紫金山天文台、清华大学、北京大学、中国科学技术大学等十多家机构。其中口径 2.5 米的墨子巡天望远镜（WFST）在 2023 年 9 月开始巡天，是目前北半球这一类设备里最能「拍星空延时」的一台。

而在望远镜之前，先有一部法。2022 年 10 月，青海省海西蒙古族藏族自治州的暗夜星空保护地方性法规获批，是全国第一部。 海西州正是冷湖所在的州。

这件事的意义，可能比任何一台望远镜都更值得讲给孩子：黑，也是一种需要被保护的自然资源。 一个州为了保住头顶那片黑，写了一部法。

中国目前有六处地点被收入《世界暗夜保护地名录》——认定方是世界自然保护联盟（IUCN）的暗夜顾问委员会，提名推动方是中国生物多样性保护与绿色发展基金会的星空工作委员会。它们是：西藏阿里、西藏那曲（两处均为 2018 年 3 月）、江苏野鹿荡、山西太行洪谷、江西葛源、陕西照金。

其中西藏阿里的纬度是 32.3°N，和 M33 的赤纬只差 1.7 度。在那里，M33 会几乎正正过天顶，而波特尔 1 到 2 级的天空下，它不是「勉强能看到」，而是「明显可见」。

资料：NASA 天文每日一图 2026-09-18 官方页、van Maanen, ApJ 57, 264 (1923)、Hubble《A Spiral Nebula as a Stellar System: Messier 33》ApJ 63, 236 (1926)、Brunthaler、Reid、Falcke、Greenhill、Henkel《The Geometric Distance and Proper Motion of the Triangulum Galaxy (M33)》Science 307, 1440 (2005)、Shapley–Curtis 辩论印刷版（NRC Bulletin 1921）、van der Marel 等《First Gaia Dynamics of the Andromeda System》ApJ 872, 24 (2019)、Bonanos 等 ApJ 652, 313 (2006)、ESA/Webb 官方发布 weic2407（NGC 604）、John Bortle《The Bortle Dark-Sky Scale》Sky & Telescope 2001 年 2 月号、邓李才等《Lenghu on the Tibetan Plateau as an astronomical observing site》Nature 596, 353 (2021)、墨子巡天望远镜（WFST）官网、科技部国家科技创新中心 2024-05 冷湖基地报道、人民网青海频道与中新网 2022-10 海西州暗夜星空保护立法报道、西藏自治区文化和旅游厅 2018-03 暗夜保护地报道、科学网 2023-03 中国暗夜保护地名录报道。星图角距、中天高度、冲日日期与月相均由 astropy 实算复核