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深空天体

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望远镜中,恒星是个明亮的光点,就像用肉眼看到的一样,只是更明亮一些。比恒星有趣得多,但通常也更难

深空天体
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观测的,是深空天体:星云,星团,和星系。用中等的望远镜就可以看到成百上千的,像幽灵一般、令人难以捉摸的光晕

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定义编辑本段回目录

在业余天文学,深空天体(deep sky object, DSO)指的是天空上除太阳系天体(如行星彗星小行星)或恒星的天体。一般来说这些天体都不能够以肉眼见到──能用肉眼或双筒望远镜见到的只是当中的极少部份。

观察编辑本段回目录

对准了梅西耶87(M87),这是春季夜星中一个巨大的椭圆星系,距离我们5千5百万光年。在目镜中,你会看见一个细小的、不成形的、非常暗弱的灰色烟斑,浮现在几颗恒星的光点之中。尽管成功地找到它也会带来一种令人激动的成就感,但许多新手都会对这种景象感到失望。“难道所有的星系都是这样子吗?这一点儿也不像书上的照片!”

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验证了一个事实,人类的肉眼并不适合在黑暗中工作。这与相机在低亮度下的工作情况完全不同。我们是在阳光下进化而来的昼行型动物;我们的眼睛并没有专门对夜晚进行设计。你用肉眼看到的星系永远不可能像书中随处可见的照片那样壮观。但是这才更有挑战性。许多深空天体在长时间、适当的观察下,的确能够展现出大量令人吃惊的细节——即使是我们与生俱来的、不完美的眼睛也能看到。

望远镜对深空天体所起的作用,与对月球、行星和地面风景所起的作用完全不同。对后者来说,它的主要作用是放大遥远的细节。而对于深空天体,望远镜的主要作用是为你不敏感的眼睛收集更多的光线。看不到深空天体的主要原因,不是因为他们太小,而是因为它们太暗。

因此,深空天体观测拥有其独特的技巧。所有技巧都是为了帮助眼睛看到几乎完全黑暗的东西。以下是每一个观测者都应该知道的一些要点。

发现史编辑本段回目录

很久很久以前,只要不是阴天,人们就可以在夜空中看到星星。在史前时代,地球上的大多数地区都几乎没有光污染,我们的祖先能够看到非常暗的星光,其中的一些天体被今天的人们划分为深空天体。这样,这类天体中的一部分就和我们人类的历史一样古老了。

这类“天体”中最显著的当然是一个星系,我们自己的银河;然而我们不会把它计算在内。同样的,我们也不会考虑最显著的“移动”星团,大熊座星团,这个星团是由著名的“北斗七星”中的大部分恒星组成的,构成了大熊座中最显著的部分。首先,大部分现代人并不把它们看成是“深空天体”,其次,它们的本质,比如银河是个星系,大熊座的那些恒星是个物理上的星团,是直到现代才逐渐清楚的,因此这种忽视是恰当的。

一些明亮的星团一定也是很早就被人知道了,甚至比有记载的历史还要早。其中当然包括金牛座中的昴星团(M45)和毕星团,它们在肉眼中也很显著,很早就被记录下来(比如最早关于昴星团的确切记录是大约公元前1000到700年的Hesiod(赫西奥德)留下的)。在南半球,两个麦哲伦云(LMC -- 大麦哲伦云,和SMC -- 小麦哲论云)当然也是很早以前就被发现了,只是南半球没有多少古代记录被保存下来。

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很可能Aristotle(亚里斯多德)在公元前325年左右就对疏散星团M41做了古代的观测记录;这使得这个星团成为古代观测记录中的最暗天体。按照Burnham的说法,根据P. Doig在1925年引用的一份J.E. Gore写的声明,Aristotle有可能在那一时期也观测到了天鹅座的M39,将其描述为“彗星状天体”。 Hipparchus(伊巴谷),著名希腊天文学家,公元前146年到127年在Rhodes进行观测。他是第一位编写星表的天文学家;他在公元前134年观测到了一颗出现在天蝎座的“新星”,可能是这件事促使他编写了这份星表。在他的星表中包括了两个“云雾状天体”,鬼星团(M44)和英仙座的双星团,后者现在被称为英仙座h+chi(NGC 869+884,不在Messier星表中)。

Ptolemy(托勒密),在他于公元127--151年编写的Great Syntaxas中(通常被称为天文学大成(Almagest)),列出了7个天体,其中3个是一般的星宿,并非物理的天体,2个是从Hipparchus那里继承过来的(M44和英仙座双星团),还有2个是全新的:一个是位于“天蝎座毒刺后面的星云”,现在被认证为显著的疏散星团M7,它被一些现代的作者提议命名为“托勒密星团(Ptolemy's Cluster)”,另一个则是后发星团,现在被编为Melotte 111(但是不在Messier星表中)。

第一个被发现和记录下来的真正的“星云”天体是仙女座星系(M31),在公元905年左右被观测到,在公元964年被波斯天文学家Al Sufi记录在他的《恒星之书(Book of Fixed Stars)》中。他还提到了一个“云雾状恒星”,位于船帆座Delta星的北侧超过2度的地方,这也是个相当显著的疏散星团IC 2391,船帆座Omicron。书中还包括了Ptolemy的6个天体,以及狐狸座中一个新的“星宿”(事实上是Brocchi星团,Collinder 399,也被昵称为“衣架星团”),因此他一共记录了9个天体。

与这里提到的其他深空天体不同,中国和北美洲(很有可能)的古代天文学家在1054年7月4日观测并且记录了一颗超新星的爆发;这颗超新星创造了蟹状星云(M1),最有趣的深空天体之一。

以后一直没有发现新的深空天体,直到1519年,Magellan(麦哲伦)报告说看到了一大一小两个麦哲伦云。这使得1609年Galileo(伽利略)将望远镜引入天文以前,被人们观测到的深空天体总数达到了11个,尽管当时Al Sufi的工作还不被大多数人知道。通过望远镜,伽利略发现鬼星团(M44)不是星云,而是星团。 Nicholas-Claude Fabri de Peiresc(1580-1637)在1610年发现了第一个真正的星云,猎户星云M42,这也是第一个用望远镜发现的深空天体。天主教会天文学家J.-B. Cysatus(1588-1657)在1611年独立发现了M42,但在很长一段时间内,这个天体并不为大众所知。此后不久,1612年,Simon Marius(1570-1624)发现了(独立地重新发现)仙女座星系(当时的仙女座星云,M31)。

Montechiaro公爵的宫廷天文学家Giovanni Batista Hodierna(1597-1660)编写了一份包括40个条目的星表,这些都是他用简单的放大20倍的伽利略式折射镜发现的,其中包括19个真正的云雾状天体,这份星表于1654年在Palermo发表。但这段历史长期被人遗忘,直到1980年代初期才被重新发现(由Serio,Indorato,Nastasi发表在the Journal of the History of Astronomy,第45卷(1985年2月)和第50卷(1986年8月)上)。这份星表中包括了独立重新发现的仙女座星云(M31),猎户座星云(M42),以及Brocchi星团,首次描述了英仙座Alpha移动星团,还至少包括了9个(很可能是13个,甚至可能是15个)真正由他发现的天体:确定由他发现的天体有M6,M36,M37,M38,M41,M47,NGC 2362,NGC 6231,以及NGC 6530(与礁湖星云M8联系在一起的星团),很可能由他发现的有M33,M34,NGC 752,以及NGC 2451,可能由他发现的有NGC 2169和NGC 2175。

Christiaan Huygens(惠更斯)在1656年独立地重新发现了猎户座星云M42,这一发现使这个天体广为所知;他还发现了位于这个星云内部的猎户座四合星中的三颗恒星。

来自Dantzig的Johan Hevel或者Hevelke(更为熟知的名字是Hevelius(赫维留),1611-87)编写了一份包含156

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4颗恒星的星表—《Prodomus Astronomiae》,和他的星图《Uranographia》一起在他死后发表。他还总结了了一份包含16个条目的列表,其中2个是真正的天体(仙女座星系 M31和鬼星团 M44),其他14个都是星宿或者根本不存在。Derham和Messier花了大量时间去寻找这些“星云”;Messier相信他认证出了其中一对位于大熊座的双星(即M40)——现在我们知道,他认出的很可能不是 Hevelius看到的那对双星。Hevelius还是第一个看见M22的人,但是通常人们认为这个人类最早知道的球状星团是在1665年由Abraham Ihle发现的。

在John Flamsteed(1646-1719)发表于1712年,并在1725年修订的星表《不列颠星表(Historia Coelestis Britannica)》中,提到了几个“星云”和“云雾状恒星”。其中大部分是当时已知的天体(后发星团Mel 111,英仙座h+chi双星团,M31,M42),还有3个独立发现的天体,包括重新发现的不为人知的Hodierna天体NGC 6530(与M8相联系的)和M41,以及一个他自己首先发现的天体,麒麟座12号星周围的NGC 2244(与玫瑰星云NGC 2237-9相联系的星团,两者都不在Messier星表中)。

Gottfried Kirch(1639-1710),一位柏林的天文观测者,以他对恒星和彗星的观测而闻名,他在1681年发现了M11,在1702年发现了M5。

Edmond Halley(哈雷)(1656-1742)在1715年的皇家学会《Philosophical Transactions》上发表了一份包含六个“光点和光斑”的列表,其中包括了他自己发现的球状星云半人马座Omega(1677年在Helena峰旅行时发现)和M13(1714年发现),还有之前已知的天体M42,M31,M22,和M11。

Jean-Jacques Dortous de Mairan(1678-1771),在1731年以前,发现了猎户座大星云北侧一颗恒星周围的星云状物质,后来成为了大家所熟知的M43(这个发现于1733年发表)。此后不久,John Bevis(1695-1771)发现了蟹状星云M1。他还创作了一份星图,他自己称之为不列颠星图(Uranographia Britannica),完成于1750年,但是由于出版商的破产,只有一到两本印刷本被制作出来,附带的星表也从未发表过。Messier一定是得到了这本星图的一份拷备,因为他在对M1,M11,M13,M22,M31,以及M35的描述中,曾经多次提到“英格兰星图(English Atlas)”。奇怪的是,Kenneth Glyn Jones却将M35的发现归功于1746年的de Cheseaux,尽管在这之前Bevis似乎就已经看见它了,因为它出现在他的星图之中。

William Derham(1657-1735)在1733年的皇家学会《Philosophical Transactions》中公布了一张包含16个云雾状天体的列表,其中的14个来自于 Hevelius的星表,其余两个来自Halley的列表。其中只有2个天体是真实的(M31和M7),其他的不是不存在,就是无趣的星宿,这些假天体迷惑着其他使用这张列表的天文学家们(包括Messier在内);这张列表在1734年法国科学院《论文集》中再次发表,并且于1742年被收录在de Maupertuis的《Discours sur la Figure des Astres》一书中。

大约在1746年,Philippe Loys de Cheseaux(1718-51)观测到几个星团和“云雾状恒星”,将它们的位置编成了一份星表。按照Kenneth Glyn Jones以及《Webb协会深空观测者手册(Webb Society Deep-Sky Observer's Handbook)》,第3卷(疏散和球状星团)的说法,其中的8个是首次发现的天体:IC 4665 (第2号,不确定),NGC 6633(第3号),M16(第4号),M25(第5号),M35(第12号,但是参看John Bevis那段的评论),M71(第13号),M4(第19号),和M17(第20号)。此外,他还独立地重新发现了M6(第1号),NGC 6231(第9号)和M22(第17号)。De Cheseaux将列表交给了Reaumur,并且由他在1746年8月6日法国科学院中公布,但这份列表没有以其他的形式发表过。这份星表直到1884年在Bigourdan对其进行调查研究之后,才开始被更多的人知道。除了观测天空中的云雾状光斑之外,de Cheseaux还可能是第一个用公式表达出奥伯斯佯谬(Olbers' paradox)的人。 Jean-Dominique Maraldi(1709-88),也被称为Maraldi二世,发现了两个球状星团:1746年9月7日发现了M15,1746年9月11日发现了M2。 Le Gentil(全名为Guillaume-Joseph-Hyacinthe-Jean-Baptiste Le Gentil de la Galaziere,1725-92)在1749年10月29日发现了M32,仙女座星系的伴星系。他还在那一年发现了气体星云M8,即礁湖星云(这个星云中的星团之前已经被Flamsteed发现了,参见前文),还可能发现了球状星团NGC 6712。他还独立地发现了Hodierna天体M36和M38。 Abbe Nicholas Louis de la Caille(即Lacaille,1713-62)于1751-52年旅行到南非,并且在那里观测了南天的恒星和深空天体,创造了几个南天星座(其中的大部分仍在使用),编写了包含42个条目的南天深空天体表,其中33个是真实的天体。它们之中的25个是首次发现,至少有两个是独立地重新发现的天体。Lacaille首先发现的天体主要包括船底座Eta星云NGC 3372,球状星团杜鹃座47(NGC 104),大麦哲伦云中的蜘蛛星云NGC 2070,以及旋涡星系M83,这是第一个被发现的本星系群以外的星系。 这是Charles Messier(梅西耶)(1730-1817)开始编写他的星表之前发现的最后一个深空天体。1764年,Messier发现了M3,这是第一个由他首先发现的深空天体。此后的十多年里,Charles Messier独自一人寻找着星团和云雾状天体。在此期间,他发现了27个天体,其中25个是真正的深空天体(其余两个天体是人马座的星云M24和双星M40)。

此后一直到1781年,Messier自己还首先发现了另外18个云雾状天体(17个深空天体,加上一个四合星M73),使得他首先发现的天体总数达到43个,还有另外20个天体是独立地共同发现的。

1774年底,Johann Elert Bode(波德)(1747-1826)成功地加入到寻找新云雾状天体的队伍中来:他在这一年的最后一天(12月31日)发现了M81和M82,后来还发现了另外三个天体(1775年发现M53,1777年发现M92,1779年独立发现M64)。 Bode编写了一份包含75个条目的深空天体星表,于1777年发表在1779年《天文年历(Astronomisches Jahrbuch)》上,标题为《迄今发现的云雾状恒星和星团总表》。然而,按照Kenneth Glyn Jones的说法,这张列表中充斥着大量从Hevelius和其他人那里收集来的不存在的天体和星宿;它只包含了大约50个真实的天体。他后来发现的两个天体,M92和M64,在1779年底被发表在1782年的年历(Jahrbuch)上。另两个由Bode独立共同发现的天体,M48和IC 4665,被公布在他的星图和星表——《Vorstellung der Gestirne》中,发表于1782年。 大约5年之后,1779年,当Messier和Bode仍然积极编写他们的星表时,另外5个天文学家也带着成功的深空天体发现加入到这个“俱乐部”中:图卢兹的Antoine Darquier de Pellepoix(Darquier,1718-1802)在1月发现了环状星云M57,比Messier稍早一些;他们都是在追踪彗星(1779年Bode彗星)时发现它的。英国天文学家Edward Pigott(1753-1824)在1779年3月23日发现了M64,只比Bode(1779年4月4日)早了12天,比Messier在1780年3月1日独立地发现它早了将近一年。曾在1772和1778年间(因此可能比Bode更早)独立地发现M81和M82的Johann Gottfried Koehler(或Köhler,1745-1801)最迟在这一年,发现了M67,1779年4月11日,在追踪1779年Bode彗星时,发现了M59和M60。当Messier在这一天区另外发现了M58时,Barnabus Oriani(1752-1832)第一个发现了M61。Koehler在1779年发表了一份含有20个条目的星表。最后,Messier的朋友Pierre Mechain(梅襄)(1744-1804)开始了他的天文观测生涯,在1779年6月14日发现了M63,这是第一个由他首先发现的天体。随后,Mechain发现了约25个首次发现的天体,由于他与Charles Messier在观测方面的密切合作,这些天体中的大部分列入了Messier星表之中。由于他确实将他所有的发现都告诉给Messier,因此1947年Helen Sawyer-Hogg决定将其中的另外三个天体也加入到Messier星表中(M105到M107)。

做为深空发现史上的一块重要的,包括103个天体的Messier星表最终版本于1781年发表在1784年的法国天文年历(Connaissance des Temps)上。最近,一些Messier个人笔记以及Mechain在1783年5月6日给Bernoulli的一封信中提到天体被扩充到Messier星表中,使天体总数达到110个,全部都是真实的天体(尽管有4个天体曾经失踪了超过一个世纪,还有一些关于M102的争论至今没有定论)。星表中包括了1782年4月以前被人发现的大部分星云,星团和星系,其中M107是Messier天体中最后一个被发现的天体(由Pierre Mechain发现)。

Messier星表的确给伟大的德-英天文学家Friedrich Wilhelm (William) Herschel(威廉.赫歇耳)(1738-1822)留下了深刻的印象,当时他因为在1781年发现了海王星而逐渐出名。1781年12月7日,Herschel从他的朋友William Watson那里得到了一份Messier星表的副本。当时他还是Bath的一名风琴演奏家(直到1782年5月他才放弃这一工作),和一名熟练的望远镜制造者。他在1789年8月28日组装起一架48英寸口径,40英尺焦距的巨型望远镜(利用这架镜子观测的第一天,他就发现了土星的一颗新卫星,土卫二),并且利用这架望远镜在英国可见的天区内(即北天)展开了大泛围的搜索。分三步,Herschel发表了包含2500多个天体的星表,其中大部分都是真正的深空天体。他使用的是当时最好的望远镜,因此完全没有竞争者。他的观测是在他妹妹Caroline Lucretia Herschel(卡罗琳.赫歇耳)(1750-1848)的帮助下完成的,她自己也是一位热情的观测者,她发现了Herschel星表中的许多星团和星云(其中包括了独立重新发现的M110,即H V.18,Messier在10年前发现过的天体,但没有被编入星表中;以及独立重新发现的丢失的Messier疏散星团M48,即H VI.22),还发现了8颗彗星。

William Herschel将云雾状天体分成八类: 亮星云 暗星云 极暗星云 行星状星云 超大星云 非常致密的富星星团 由大小(即 明暗)恒星组成的致密星团
由恒星组成的松散稀疏的星团 由于当时还不清楚这些天体的本质,因此这种分类法在今天只具有更多的历史意义了。

深空天体
深空天体
William(和Caroline) Herschel事实上在1800年前后就将北天几乎全部的天体都发现了。但南半球的天区还等着人们去探索,James Dunlop(1795-1848)在南半球进行了Lacaille之后的首次大规模观测。他和Thomas Makdougall Brisbane爵士(位于Paramatta的Brisbane天文台(1823-1827)的拥有者)一起在1821年来到了澳大利亚的新南威尔士,在那里编写了一份星图(布里斯班星表(Brisbane Catalog),包含南天7000多颗恒星)。他将当时发现的深空天体编成了一份包含629个条目的《新南威尔士观测的南天星云星团表》。这份星表被交给William 赫歇尔的儿子,John Herschel(约翰.赫歇耳),并由他在1827年在皇家学会中公布。由于这项工作,Dunlop获得了皇家天文学会的金奖,以及法国科学院的Lalander奖。然后,这些奖项并不能掩盖他星表中大量“不存在”的天体,以及对天体的糟糕描述,以至于后来几乎无法确切地认证它们:只有大约一半的条目可以与真实的天体相联系。

John Frederick William (John) Herschel(约翰.赫歇耳)(1792-1871)继承了父亲的工作,在1833年出版的星表中增加了525个新条目(北天天体)。但是John Herschel也想编写南天星表,1883年11月13日,他和他的家人登上了开往南非好望角的客轮,于1834年3月4日抵达目的地。在接下来的日子里,他着重研究南天星空。他将观测到的南天云雾状天体编写成了一份包括1713个条目的星表,在1847年发表。显然地,他将他和他父亲的发现,以及其他人发现的深空天体编进了他的那份包含了5000多个条目的总星表(General Catalogue)中。

Herschel的工作最终给“星云”(和星团)的大发现时代做了一个总结。然而,揭露不同的深空天体的本质还需要很长时间,需要新的研究方法(尤其是照相术和光谱分析术):“真正”星云的云雾本质是由英国业余天文学家,光谱分析术的先驱者William Huggins(1824-1910)在1860年代揭示的,直到1920年代,Edwin Hubble(埃德温.哈勃)(1889-1953)才真正揭示出星系的本质实际上是与我们的银河系一样的独立的“岛宇宙”。

天空明亮度编辑本段回目录

影响深空天体观测的一个最重要的因素就是光污染。在所有我们能列出的天体中,它对暗淡的面状天体影响最大。黑暗天空的影响程度甚至超过了望远镜口径的影响;一架小望远镜在农村可以看到的暗星云和星系数目,比城市中的大望远镜要多许多。

深空天体
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有人说,即使住在严重光污染的地区,你仍然可以透过天光看到深空天体,从而得到快乐。纽约的观测者Jenny Worsnopp在她曼哈顿的楼顶上几乎找遍了所有的梅西耶天体;马萨诸塞州,剑桥的天文爱好者Tony Flanders也在城市公园里实现了这一目标。只要记住,不要因为看似平庸的结果而责备你自己或是你的望远镜。更好的选择是,记得把你的望远镜带到乡下别墅里去。

黑暗适应度编辑本段回目录

人类的眼睛需要一段时间来适应黑暗。只要你走到黑暗的环境中,眼睛的瞳孔只需要几秒钟就能扩张到差不多最大的程度。但是黑暗适应度最重要的部分与视网膜上的化学变化有关,这通常需要很长时间。

在完全的黑暗中呆上15分钟后,也许你会认为你的眼睛已经完全适应夜视了。但事实上,你的眼睛在接下来的15分钟内,对星光的敏感程度还可以增加2个星等——亮度相差6倍。此后的90分钟,甚至更长时间里,黑暗适应度仍然在非常缓慢地增加。因此别指望在观测的最初半个小时,甚至更短的时间内,能够很好地看清暗淡的天体。
实际上,完全黑暗是不可能达到的。即使不考虑光污染,你仍然需要一些光线来看清你正在做的事情。天文学家长久以来一直使用昏暗的红色手电筒来照明,因为红光对夜视能力的伤害最小。在接近黑暗的环境中,你是用视网膜上的杆状细胞来看东西的,这些细胞几乎看不见可见光波段的红色部分。你能看见红色的光线,是视网膜中的锥状细胞在起作用;锥状细胞可以帮助你在白天分辨各种色彩。(你有三种锥状细胞——红色,绿色和蓝色—

深空天体
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—但只有一种杆状细胞,对红光不敏感。)你可以使用红色锥状细胞来阅读星图和操作设备,从而保护你的杆状细胞能够灵敏地看清目镜中的东西。

橡皮筋手电筒前面绑一张红色的纸,这样就可以得到昏暗、弥漫的光线。你也可以在一个两节电池的手电筒上换上适合3到4节电池手电筒使用的灯泡,从而得到更暗,更红的光线。然而,比这些传统手法更好的选择是红色LED(发光二级管)手电筒。它高纯度,深红色的光线可以更有效地区分杆状和锥状细胞的作用范围。现在已经出现了许多专为天文爱好者设计的LED手电筒。

另一个保护黑暗适应度的秘诀是,用一只眼睛观测,另一只眼睛阅读星图。当不进行观测时,闭上那只观测用的眼睛,或者找个眼罩把它遮起来。

猎犬座旋涡星系(M51),左侧是由资深观测者Roger N. Clark使用一架8英寸卡塞格林望远镜在完美的黑暗天空中所做的素描,右侧是由亚历桑那州基特峰上装备了CCD的0.9米(36英寸)望远镜拍摄的照片。这是第一个用眼睛观测到旋涡结构的“旋涡星云”。分别由Roger Clark和NOAO提供。

深空天体的主要分类编辑本段回目录

星团
疏散星团
球状星团
星云
弥漫星云
亮星云
发射星云
反射星云
暗星云
行星状星云
超新星残骸
星系
椭圆星系
透镜状星系
旋涡星系
棒旋星系
不规则星系
类星体
共有110个这样的天体被编入梅西耶星云星团表;而星云星团新总表(New General Catalogue;NGC)更包括了近八千个的深空天体。参看索引星表、乌普萨拉星系总表(Uppsala General Catalogue;UGC)。

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