蟹状星云源于1054年的一次超新星爆发。而对于1054超新星，有一个关键问题始终困扰着大家：这样显著的一次异常天象，全世界难道只有中国人看到了吗？

蟹状星云的“定妆照”。这张照片通过哈勃太空望远镜宽视场行星相机（WFPC2）在 1999年10月到2000年12月期间拍摄的24张独立照片拼接而成。
撰文 | 黎耕（国家天文台）
编辑 | 金庄维
天文学家伯比奇（Geoffrey Burbidge）曾表示，现代天文学可以分为对蟹状星云的研究以及对宇宙中其它天体的研究。虽然这听上去有些言过其实，不过在一定程度上也切实反映出蟹状星云在天体物理学中举世无双的地位。
蟹状星云源于1054年的一次超新星爆发。对于这次事件，中国史书做了详细的记录。相比九百多年前，对于蟹状星云的爆发机制以及内部环境等性质，我们如今已经了解很多，但1054超新星究竟是何时爆发的，至今仍有很多争议……
“客星见”

图1. 《文献通考》卷二百九十四中记载的北宋至和元年（1054年）客星出没
公元1054年7月4日，对于开封北宋司天监官署里的天文官们来说，注定是一个忙碌而不平凡的日子。清晨，在东方靠近地平的天关（金牛座𝛇）附近，出现了一颗异常明亮的“客星”。所谓“客星”，就像我们常说的“客人”一样，是指平时不能见到、偶尔才会出现的短暂异常天象。明代《观象玩占》记载：“客星，非常之星，其出也无恒时，其居也无定所，忽见忽没，或行或止，不可推算，寓于星辰之间，如客，故谓之客星。”
古代的客星记录通常是指彗星、新星或超新星。对于现代天文学家而言，如果在有生之年能赶上一次肉眼可见的超新星爆发，绝对会兴奋不已——不过北宋司天监的官员们或许并不这么认为，因为大多数客星在占星术中所代表的含义都不太好。他们当时根本不会想到，这次客星的来访会持续近两年的时间；他们当然更不会想到，这只是人类与它的第一次擦肩——在随后的一千年里，它仿佛与人类结下了深深的不解之缘。
再度邂逅
根据中国史书的记载，1054年的“客星”在天空中停留了643天之久，随后慢慢变暗，直到1056年4月6日才最终“消失”，再次没入黑暗的宇宙之中。从那以后的六百多年间，再也没有人提起过它。
直到1731年，一位名叫贝维斯（John Bevis）的英国医生才通过望远镜看到并记录了这颗“客星”，只不过即便在贝维斯的望远镜中，它已经变得非常暗淡。1844年前后，爱尔兰天文学家罗斯伯爵三世（William Parsons）用91厘米望远镜再次找到了它，并描绘了它的第一幅画像。因为画像看起来像一只螃蟹，从此以后它便有了新的名字——“蟹状星云”。
实际上，早在罗斯伯爵三世的1.8米望远镜造好之后，他便已经看清了蟹状星云内部那些不断向外延伸的纤维状的结构。也许真正的它看起来并不像一只螃蟹，但“蟹状星云”这个名字仍然被大家约定成俗地沿用了下来。
1774年，法国天文学家梅西耶（Charles Messier）在编著《星云星团表》的时候，将第一名的位置留给了蟹状星云，编号为M1。在1880年刊发的《星云和星团新总表》中，蟹状星云又有了第二个编号：NGC 1952。

图2. 蟹状星云的形象最早出现在英国《皇家学会哲学汇刊》第134卷，《对于一些星云的观测》一文的插图中（1844年）
蟹状星云与“中国超新星”
如今，爱好天文的人几乎都知道，蟹状星云是一个超新星遗迹，它来自九百多前的恒星在生命末期发生的剧烈爆炸。天文学家如何知道它们之间的关系呢？这还要从十九世纪末照相术的发明说起。
1892年，蟹状星云拥有了第一张照片。29年后，天文学家邓肯（John C. Duncan）在比对威尔逊山天文台11年间拍摄的两张蟹状星云照片时，意外发现它在不断地膨胀。同年，瑞典天文学家伦德马克（Knut Lundmark）也注意到，蟹状星云的位置与中国北宋时期记录的一颗 “客星”位置相近。1928年，著名天文学家哈勃（Edwin Hubble）第一次做出了决定性的判断：
蟹状星云膨胀的速度很快，按照这种速度，只需要900年左右的时间，它就可以膨胀到现在的大小。在古代天象记录中，蟹状星云附近只有一次新星出现的记载，那就是中国记录中的1054年。
在哈勃的时代，“超新星”的概念尚未被提出，人们对于这类天体的物理性质了解非常有限。不过很快，美国天文学家梅耶尔（Nicholas Mayall）、荷兰天文学家奥尔特（Jan Oort）以及荷兰汉学家戴文达（Jan Duyvendak）就开始了联合探索，并且成功地在《宋会要》一书中找到了重要线索：“嘉佑元年三月，司天监言：‘客星没，客去之兆也。’初，至和元年五月，晨出东方，守天关，昼见如太白，芒角四出，色赤白，凡见二十三日。”
这段记录，不仅详细阐明了1054年客星出现的时间和位置，甚至还有亮度变化的信息。所谓“太白”就是金星，其视星等约为-3.3等。借助这些线索，我们就可以画出1054客星的光变曲线，天文学家据此判断它应该是一颗超新星！而蟹状星云，正是这颗超新星爆炸之后所产生的遗迹。
一炸成名
1054年的超新星爆发，究竟会产生怎样的天象奇观？相比九百年前的人们，如今的我们已经知道了很多。
这颗超新星的质量远远超过太阳，在它生命最后一瞬间所释放出的光，比太阳的光芒强5亿倍——所幸它距离我们足有6500光年。如果把1054超新星放到距离我们7.8光年的天狼星的位置上，那么这次爆炸将有满月那么亮！6500光年的距离还意味着，这颗超新星其实是在公元前5500年左右爆炸的，那时候人类还处于新时器时代，只不过它的光直到北宋时期才到达地球。
这次爆炸所产生的蟹状星云，直径有13光年，相当于地球到太阳距离的82万倍。并且它正在以约1500公里/秒的速度向外膨胀，相当于每秒就膨胀出一个北京到上海的距离。
蟹状星云除了发出我们肉眼看得见的可见光之外，还会发射无线电波、红外线、紫外线、X射线以及伽玛射线。如果我们的眼睛可以看到无线电波，那么你将发现天空中有不止一个太阳，蟹状星云就是其中一个。

图3. 通过VLA射电阵、Spitzer空间红外望远镜、哈勃空间望远镜、XMM-Newton紫外线天文台、Chandra X射线天文台拍摄的不同波段的蟹状星云 (NASA, ESA et al. 2017)。
蟹状星云与中国客星的证认，极大地促进了历史超新星（historical supernovae）的研究，引得不少一线的天文学家也开始翻阅古籍，查找能与天文观测相吻合的历史记录。别看这些历史记载非常粗糙，故纸堆中的只言片语对我们深入探究新星与超新星的物理机制和分型有重要帮助。但是信息量过少，难免给本已画上句号的故事平添了一层迷雾。对于1054超新星，有一个关键问题始终困扰着大家：这样显著的一次异常天象，全世界难道只有中国人看到了吗？
寻找目击证人
果不其然，在众多学者火热上阵，纷纷开始寻找1054年“目击证人”之后，许多线索陆续浮出水面。
最早被挖出的是日本古籍。1942年，奥尔特就发现在日本的《明月记》与《一代要记》中都有关于1054超新星的记录。根据《明月记》的记载：“天喜二年四月中旬以后，丑时，客星出觜参度，见东方，孛天关星，大如岁星。”此处的“天喜二年四月中旬”以后，大约相当于公历的1054年5月19日到28日，比中国记录的7月4日早了一个半月。不过天文计算显示，在这段时间内，1054超新星的位置恰好与太阳相合，因此不可能看到超新星爆发。
奥尔特由此断言日本记录中的“四月中旬”有误，实际或为“五月中旬”（约6月19日到28日）。而王德昌（1977）更是估计，只有“六月中旬”甚至“七月中旬”的天象，才能与它的颜色和位置等更加吻合。这样一来，日本记录便被人为地错后了两三个月，比中国记录的爆发时间更晚。历史记录的不自洽似乎从一开始就埋下了伏笔。
1953年6月，美国威尔逊山与帕洛马天文台的摄影师米勒（William C. Miller）在亚利桑那州北部纳瓦霍印第安保留区的White Mesa发现了一幅岩画，绘有新月的形状与一个圆圈。翌年，天文学家艾伯特（Helmut A. Abt）在纳瓦霍山谷中又发现了一幅类似的岩画，不过新月与圆形相交。由于印第安人很少有绘制天象的习惯，因此他们认为这两幅图所描绘的应该是不寻常的天象。霍伊尔（Fred Hoyle）猜测这一天象或许与1054超新星爆发有关。根据米勒的计算，1054年7月5日，月亮恰好是新月形，且与蟹状星云的位置相距在2°以内，这幅岩画中的天象貌似与超新星的爆发吻合得挺好。

图4. 米勒（左）与艾伯特（右）分别在亚利桑那印第安土著地区发现的岩画
但是艾伯特发现的那幅相交的岩画则不好解释，因为超新星根本不可能与月球相交。关键问题是，岩画的年代很难断定，只能大致估计为在10-12世纪之间。1979年，布兰德特（Brandt）与威廉森（Williamson）给美国国家公园管理处致信，请他们协助寻找岩画。出人意料的是，在美国西南地区与墨西哥北部，最终总共发现了31幅类似的图案，两种类型各占一半。
方丹（J. W. Fountain）随后还在亚利桑那州一个叫做Sears Point的地方发现了另外一幅稍显不同的岩画。在这幅画上，中间多了一个十字形状的图案。根据考古学家的猜测，十字图案可能代表金星。而方丹计算了天象，认为这幅图表现的是1054年4月13日傍晚，此时月球、金星与超新星恰好位于一条直线上。

图5. 方丹发现的岩画。距猜测，画中描绘的是新月、金星与1054超新星位于一条直线上。
1978年，布雷彻（Kennetch Brecher）在《Nature》上发表论文称，在阿拉伯的一本医学百科全书中找到一条巴格达基督物理学家伊本巴特兰（Ibn Butlān）所记载的资料。根据叙述，在回历445年（即公元1054年4月23日到1055年4月11日），埃及发生了饥荒。第二年，即回历446年（公元1054年4月12日到1055年4月1日），一颗壮观的星出现在双子座。那一年尼罗河水位低落，伴随着瘟疫，而且蔓延到整个近东地区。这条记录中，无论是时间还是位置都极为粗糙和不精确，它只能表明近东地区也可能观测到了1054超新星的爆发。
上世纪90年代，又有人称在西欧文献中找到了1054年超新星爆发的“证据”。之所以这里的“证据”要打引号，是因为相比中国和日本的记录，说它们是证据实在有些言过其实。1054年，欧洲尚处于黑暗的中世纪，即便有一些只言片语的记录，也表述得十分隐晦。例如，1054年4月19日教皇利奥九世去世，罗马教廷的一位副祭师在写给他的悼词中提到，教皇将由天使带入天堂，“沿着那条铺满了华丽面料的道路，点亮了无数盏明灯”。而这些明灯，被解释为1054年4月19日，木星、金星、火星与水星以及超新星皆在天空可见，这种解释略显苍白。
另一种观点
自1942年梅耶尔等人的研究发表之后，中国记录的“1054年7月4日”一直被学界当做这颗超新星的爆发确切日期。不过柯林斯（George W. Collins II）、艾伯特等人又提出了另外一套观点：
1054年4月中旬，这颗超新星发生了爆炸，当时位于美国亚利桑那州的印第安人在岩壁上记录了景象，其中新月与蟹状星云的位置正是4月11-13日的天象；在欧洲，教皇利奥九世于4月19日去世，于是信徒们用满天星斗的言语为他祝福；在近东，埃及发生了饥荒，尼罗河水位低落，一位伊拉克物理学家记录了超新星爆发的事实；而在中国，宋仁宗的爱妃刚刚去世两月有余，仁宗悲痛不已，司天监的官员根本不敢上报这次异常天象，生怕惹恼了皇帝；日本人则没有在第一时间看到，直到超新星与太阳相合之后才观测到，还记错了日子。
艾伯特等人的这些猜想必须基于一系列的假设：中国人因为重大政治事件而刻意隐瞒了超新星的爆发；正处于黑暗时期的欧洲人则无暇观测记录天象；印第安土著的岩画必须画于11世纪，而且都反传统地把这颗超新星作为图腾绘制于各处。当然，即便是这样，那幅新月与超新星相交的图案仍然无法解释。
中国人会漏记吗？
那么，有没有可能确如艾伯特所假设，中国司天监的官员们在1054年春天就看到了这颗超新星，却没有上报呢？
乍看上去，这不太可能。因为中国古代的天文机构属于官营，受到君命天授的思想影响，古代天文学与政治的关系密切。北宋初期即设置了司天监，监内“设监、少监、丞、主簿、春官正、夏官正、秋官正、冬官正、灵台郎、保章正、挈壶正各一人。掌察天文祥异，钟鼓漏刻，写造历书，供诸坛祀祭，告神名牌位，画日。监及少监阙，则置判监事二人，以五官正充。礼生四人，历生四人，掌测验浑仪、同知算造、三式”。
可见，北宋司天监无论是从规模上，还是从建制上都堪称完备，在同时期的天文机构中无出其右者。仅在司天监内部，就设置了相互监督与制约的机制，以防漏测或伪造。更夸张的是，即便这样，北宋皇帝对于司天监仍不放心，于北宋初年又设置了翰林天文院。“翰林天文”扮演着皇帝身边天文顾问的角色，在宫内增设天文仪器，与司天监相互关防。
如此看来，一切都显得完美。可是偏偏在1054年初，在宫内发生了一件大事。根据《宋史》的记载，宋仁宗偏宠一位名叫张氏的妃子。张妃八岁进宫，因为容貌舞姿出众深得仁宗喜爱，也因此让自己的家族得以加封进爵。她曾求情宋仁宗，封自己的父亲张尧佐为宣徽南院史，终因谏臣包拯的极力反对才最终作罢。
皇祐六年（1054年）正月，张贵妃薨逝，宋仁宗悲痛不已，辍朝七日并自制挽歌，毫不理会当朝曹皇后仍然在世的事实以及朝臣反对，以皇后之礼为张贵妃发丧，并赐谥号为温成。可想而知，经历此事，朝廷的占星家们必定是小心翼翼，如履薄冰，生怕引火烧身。

图6. 通过Stellerium天文软件模拟的1054年7月4日4:30北宋开封夜空
根据中国古代的占星理论，客星共有三种七星。除去周伯星之外，其它占辞均为凶。这也就不难理解当一颗如此明亮的客星出现在天空，且迟迟不灭的时候，司天监的官员们是怎样一种心情了。
占星师杨惟德
1054超新星最终能被记录下来，有一位叫杨惟德的人功不可没。
杨惟德是北宋时期的天文与占星家，年轻时曾在司天监读天文生，导师是著名天文仪器专家韩显符。他在毕业后留监工作，任司天监保章正，专门负责编制历法及测量日影。在史书中并没有多少关于他生平的记载，也没有为他立传，不过杨惟德做了不少名留青史的工作。
1030年，他参与了燕肃莲花漏的测验工作，并解决了“不与崇天历合”的重大技术问题，深获皇太子的好感。随后他调任太子洗马，成为太子的助手之一。1034年，他主持编成《景祐乾象新书》，其中包含了二十八宿的最新观测成果，当然其中也少不了大量的星占理论与占法。
完成几个重大项目之后，他终于获得皇帝的青睐，升入殿中省为官，并兼着司天监的差事。1041年，杨惟德结束了自己在司天监三十多年的职业生涯，调任将作监——这是一个专门掌管宫室建筑、打造金银珠宝和绫罗绸缎的衙门——也许正式由于杨惟德勘验风水的本领得到了赏识，朝廷决定委派他到主管建筑的部门。
1054年8月27日，在中国史书记载超新星爆发的一个多月后，杨惟德突然重操旧业，向朝廷汇报了这一异常天象。据《宋会要》记载：“至和元年七月二十二日，守将作监致仕杨惟德言：‘伏观客星出见，其星上微有光彩，黄色。谨案《黄帝掌握占》云：‘客星不犯毕，明盛者，主国有大贤’。乞付史馆，容百官称贺。诏：‘送史馆’’”究竟是什么原因迫使这位时年已有七旬，离开天文占星行业十几年的老将再次出马呢？或许，这正是客星的占辞让司天监与翰林天文院的官员们左右为难所致。
从杨惟德的分析可见，他最终将对客星的占卜归于祥瑞之兆。而在占星上德高望重的杨惟德既然下此结论，当然免不了百官称贺，龙颜大悦，并最终名留青史。1054年7月4日，也成为史书中言之凿凿的“客星见”的时间。
有意思的是，在一本叫做《契丹国志》的书中，还有这样一段记载：“重熙二十四年（公元1055年）八月，国主崩……先是日食正阳，客星出于昴，著作佐郎刘羲叟曰：兴宗其死乎至是果验”。《契丹国志》为南宋时期叶隆礼奉皇帝之命所编著，虽然有所争议，不过作为史料也具有很高的参考价值。其中提到的这位刘羲叟，是北宋时期天文占星家，《宋史》记载刘羲叟“尤长于星历、术数”。正是通过这段半正史半野史的记载，我们发现了一段极其阿Q的历史图景。因为宋朝的同志们最终发现，这颗代表着衰运的客星，原来是把死对头契丹国王耶律宗真给克死了啊！
结语：留给未来的疑问
这些历史故事中，究竟哪些是真实的，哪些是虚构的，我们恐怕永远也无法确切知晓。对于1054超新星事件而言，尽管存在着各种脑洞大开的猜测，但正如历史超新星的研究权威斯蒂文森（Richard Stephenson）等人在著作《历史超新星》（Historical Supernovae，1977）以及论文中始终所坚持的，目前为止真正可信的记录只有中国史书中的记载。
不过，1054超新星究竟是什么时候爆发的？这个问题的真正解决，或许最终还要依靠天体物理学家的努力。设想一下，在未来的某个时候，当我们对超新星爆发的物理机制有了极为深入的了解，便可以通过模型，将其爆发时间精确限制到一个月之内。这样，问题不就解决了嘛！
作者简介

黎耕，国家天文台副研究员、中国科学院大学副教授，中国科学院青年创新促进会会员，中国科学技术史学会天文学史专业委员会执委，青年科学家社会责任联盟理事。毕业于南京大学天文系，获理学学士学位，于中国科学院自然科学史研究所科学技术史专业获理学硕士与博士学位，从事天文学史研究。
参考文献
[1] 席泽宗. 蟹状星云与中国客星. 地球信息, 1997.
[2] 王德昌. 1054年天关客星的历史记载. 天文学报, 1977.
[3] 白欣, 王洛印. 杨惟德及其科学成就述评. 自然科学史研究, 2013.
[4] 董煜宇. 北宋天文“作伪”现象及其原因探析. 自然科学史研究, 2014.
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[6] D. H. Clark, F. R. Stephenson, The Historical Supervovae, Pergamon Press: 1977.
[7] D. A. Green & F. R. Stephenson, The Historical Supernovae. arXiv:astro-ph/0301603. 2003
[8] J. C. Brandt, R. A. Williamson. The 1054 Supernova and Native American Rock Art. Archaeoastronomy, 1979.
[9] G. W. Collins II, W. P. Claspy, J. C. Martin. A Reinterpretation of Historical References to the Supernova of A.D. 1054. PASP, 1999.
[10] H. A. Abt, J. W. Fountain. An earlier explosion date for the Crab Nebula supernova. RAA, 2018.
赛先生
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