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本文翻译自Forbes宇宙大爆炸专栏,作者Ethan Siege
翻译:毛明远
校对:牧夫天文校对组
后期:库特莉亚芙卡 李子琦 徐玖坤
多波段下绚丽多彩的蟹状星云。它是1054年超新星爆发的遗迹,在天文爱好者眼中如同“神一样的存在”。回到那个绚烂的时刻,一个II型超新星爆发为它带来了大量重元素。地球同样蕴藏着大量重元素,很多也是构成机体的重要元素。
Credit:GIANLUCA BELGRADO, CLAUDIO BOTTARI, RICCARDO DE BENEDICTIS, GIUSEPPE DONATIELLO, ALESSANDRO ELIO MILANI, ZLATKO ORBANIC, ANDREA PISTOCCHINI, FEDERICO LAVARINO, ROLANDO LIGUSTRI, BERT SCHEUNEMAN, TIM STONE, ADRIANO VALVASORI
1054年7月4日,中国天文学家记录了一颗位于金牛座的神奇“客星”。(注:中国宋朝,天关星附近,即金牛座ζ星附近)
很多中国古文献记载了1054年发生的超新星爆发,比如1416年历代名臣奏议中的描述“宋仁宗至和二年。侍御史赵抃上言曰。臣伏见自去年五月巳来。妖星遂见。仅及周稔。至今光耀未退。此谷永所谓驰骋骤歩。芒炎长短。所厯奸犯。其为谪变。甚可畏也。 不然。何以妖星谪变也。”
Credit:PANKENIER, DAVID W 2006; JOURNAL OF ASTRONOMICAL HISTORY AND HERITAGE 9(1): 77-82
后来天文 历史 研究也发现了日本和中东地区对这一现象的记载。
Credit:JWNOCTIS / WIKIMEDIA COMMONS; STELLARIUM
一颗典型的超新星爆发后的两年内视星等可以超过金星。
1731年,关于它的记载仅仅是一个小型望远镜下的小斑点。上图源自一张现代的小型望远镜下拍摄的蟹状星云。(注:1731的望远镜分辨率远达不到上图的效果)
Credit:STUB MANDREL; HTTP://WWWSTUBMANDRELCOUK/
1054年的超新星爆发遗迹——蟹状星云的直径现在大约有11光年。在爆发后的1000年,它周围的卷须和纤维结构、气体和等离子体向着背离中心的方向以05%-1%光速快速扩散。
Credit:ZTF, GIUSEPPE DONATIELLO
1731年,约翰·贝维斯发现并记录了蟹状星云。在后续追逐彗星的年代里,它很容易被误认为是彗星。
18世纪的望远镜质量较差,天文学家很难区分彗星、星云甚至星系等天体。这种情况下,要想分辨出视野中缓慢移动的彗星是非常困难的。1758年,人们按照哈雷的预言迎接即将再次回归的彗星,为了便于识别彗星,梅西耶编制了著名的天体表。虽然这个天体表并不能区分出目标是什么天体,但依然沿用至今。比如:M1蟹状星云、M31仙女座星系巴拉巴拉
Credit:CHRIS BRANKIN'S DEEPSKY (MESSIER) OBJECTS; HTTP://WWWSTARGAZINGNET/
当时,哈雷彗星预计将在1758年底回归,也会经过金牛座。
周期为76年的哈雷彗星在太阳系运行。初现的哈雷彗星就是一个小斑点,与星云等深空天体相似,因此梅西耶等天文学家制作天体表来帮助辨别它们。
Credit:(F Carter Smith/Sygma via Getty Images) SYGMA VIA GETTY IMAGES
然而,星云等很多深空天体影响了人们观测初现的哈雷彗星。
上图是由哈勃空间望远镜影像合成的蟹状星云。不同的颜色代表不同的物质元素,如氢、氧、硅等。目前蟹状星云直径大约11光年,如果地球身处这个“暴力”环境,将面临生物灭绝。
Credit:NASA, ESA, J HESTER AND A LOLL (ARIZONA STATE UNIVERSITY)
蟹状星云显然不是彗星,它远离太阳系,距离我们有6500光年。
上图是梅西耶天体表,它们位于深空、较为稳定。在那个年代能够帮助天文学家区分深空天体与彗星。250年后,梅西耶天体表依然是天文爱好者和职业天文学家观测天体的重要工具。
Credit:MIKE KEITH
梅西耶为了更好地观测彗星制作了著名的梅西耶天体表。
结合X射线、可见光和红外数据,科学家发现了蟹状星云核心的脉冲星,以及周围的物质喷射。而这颗脉冲星保持着每秒30次频率的快速旋转。
Credit:X-RAY: NASA/CXC/SAO; OPTICAL: NASA/STSCI; INFRARED: NASA-JPL-CALTECH
自超新星爆发后的1000年,我们依然可以观测到它在扩张。蟹状星云的能量核心是一颗由超大质量恒星坍缩而成的脉冲星(高速旋转的中子星)。
不同颜色的不同波段下蟹状星云,可以合成细节丰富、绚丽多彩的影像。现在我们知道这源于6500光年外1000年前的一次超新星爆发,当时的亮度可以达到4亿颗太阳。
Credit:G DUBNER (IAFE, CONICET-UNIVERSITY OF BUENOS AIRES) ET AL; NRAO/AUI/NSF; A LOLL ET AL; T TEMIM ET AL; F SEWARD ET AL; CHANDRA/CXC; SPITZER/JPL-CALTECH; XMM-NEWTON/ESA; AND HUBBLE/STSCI
而恒星的外层在超新星爆发后以超高速向外运动。
蟹状星云的红外影像主要源自中子星周围弥散气体被电离激发所致。图像来自美国宇航局的斯皮策空间望远镜。
Credit:NASA/JPL-CALTECH/R GEHRZ (UNIVERSITY OF MINNESOTA)
如今,我们依然可以通过天文望远镜看到被射线照亮的喷射物质。
基于6500光年的距离,利用三角测量可以估算出蟹状星云11光年的直径和大约05%光速的扩张速度。
Credit:JEFF STILLMAN
967年后的今天,这个超新星遗迹的直径达到了11光年。
上图元素周期表展示了宇宙中的元素形成机制,包括:宇宙大爆炸、宇宙射线聚变、大质量恒星爆炸、白矮星终结、低质量恒星终结以及中子星合并。其中中子星合并、白矮星碰撞以及超新星爆炸坍缩的内核可以产生更重的元素,但宇宙中更多的是标识绿色的元素,它们是由类似产生蟹状星云这样的II型超新星爆炸形成的。
Credit:JENNIFER JOHNSON; ESA/NASA/AASNOVA
现在,蟹状星云仍然以05%光速向外扩张。我们也探测到由II型超新星爆发产生的大量重元素。
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『天文湿刻』 牧夫出品
登月50周年版欧米伽金表
虽然我买不起,欣赏欣赏也好!
东方苍龙七宿:角、亢、氐(dī)、房、心、尾、箕(jī)。
北方玄武七宿:斗(dǒu)、牛、女、虚、危、室、壁。
西方白虎七宿:奎、娄(lóu)、胃、昴(mǎo)、毕、觜(zī)、参(shēn)。
南方朱雀七宿:井、鬼、柳、星、张、翼、轸(zhěn)。
1、角,就是龙角。在现代的星座组织系统中,角宿属于室女座,其中较亮的角宿一和角宿二分别是一等和三等星,现代称它们为室女alpha及室女zeta。黄道就在这两颗星之间穿过,因此日月和行星常会在这两颗星附近经过,古籍上称角二星为天关或天门,也是这个原因。
2、毕,毕宿八星属于金牛座,它的形状有如一把小叉子,也像是英文字母Y。
3、参,参宿在西方称为猎户座,参宿在夜空中的夺目程度由此可见一斑。从冬季到次年的初夏,参宿都是夜空中最醒目的一个星座。参宿一,二,三(猎户delta,epsilon,zeta)组成了猎人的腰带。
4、牛,古称牵牛;女,古称婺女或须女。一说牛宿和女宿的名字是从牛郎和织女二星转移而来。
5、柳,原名为_,_是鸟嘴的意思,这与角为龙角的意义相似。
扩展资料:
星宿的观测方法:
古代观测二十八宿出没的方法常见的有四种:
第一是在黄昏日落后的夜幕初降之时,观测东方地平线上升起的星宿,称为“昏见”;
第二是此时观测南中天上的星宿,称为“昏中”;
第三是在黎明前夜幕将落之时,观测东方地平线上升起的星宿,称为“晨见”或“朝觌”;
第四是在此时观测南中天上的星宿,称为“旦中”。
-二十八星宿
-二十八宿
下面七星按照古代天文名称、黄老经注解、道教称呼、天文专名、国际通用名的顺序介绍:
1、天枢星。《黄老经》说它是“阳明星之魂神”,道教人士又叫它“贪狼星”,天文专名是 Dubhe ,国际通用名是 αUma 。
2天璇星 阴精星之魂神 巨门星 Merak βUma
3天玑(机)星 真人星之魄精 禄存星 Phecda γUma
4天权星 玄冥星之魄精 文曲星 Megrez δUma
5玉衡星 丹元星之魄灵 廉贞星 Alioth εUma
6开(闿)阳星 北极星之魄灵 武曲星 Mizar ζUma
7摇光星 天关星之魂明 破军星 Alkaid ηUma
北斗七星距离地球的距离
α (天枢) 星等18,距离地球75光年
β (天璇) 星等24,距离地球62光年
γ (天玑) 星等24,距离地球75光年
δ(天权) 星等33,距离地球65光年
ε(玉衡) 星等18,距离地球62光年
η(摇光) 星等19,距离地球110光年。
ζ(开阳) 是一颗肉眼可见的光学双星(视力为15的人可以很容易地用肉眼看见辅星)。开阳A的星等23,距离地球59光年。开阳B的星等40,距离地球82光年。
一根据中国历史记载,在现在蟹状星云的那个位置上,曾经有过超新星爆发,那就是1054年7月4日(宋仁宗至和元年的五月己丑)大约寅时出现的、特亮的天关星“天关客星”。 金牛座里著名的蟹状星云就是公元1054年超新星爆发的遗迹,
二,中国宋史中有详细的记载:“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。”这是指公元1054年7月4日早晨4点多钟,在金牛座天关星附近看到的超新星,它开始的亮度和太白金星亮度差不多,经过23天,又慢慢暗下去了。
三,发现的北宋钦天监官员,记录了情景。
四记载在史书是史官。
我国殷代甲骨文中对新星的记载,见于典籍的系统记录是从汉代才开始的。《汉书·天文志》中就有:“元光元年六月,客星见于房。”房就是二十八宿里面的房宿,相当于现在天蝎星座的头部。汉武帝元光元年是公元前134年,这是中外历史上都有记录的第一颗新星。
自殷代至1700年为止,我国共记录了大约90颗新星和超新星。其中最引人注意的是1054年出现在金牛座天关星附近的超新星,两年以后变暗。
1572年出现在仙后座的超新星,最亮的时候在当时的中午肉眼都可以看见。
《明实录》记载:隆庆六年十月初三日丙辰,客星见东北方,如弹丸历十九日壬申夜,其星赤**,大如盏,光芒四出十月以来,客星当日而见。我国的这个记录,当时在世界上处于领先水平。
蟹状星云(M1,NGC1952或金牛座 A)是位于金牛座ζ星(天关)东北面的一个超新星残骸和脉冲风星云。蟹状星云距地球约6,500光年(2,000秒差距),直径达11光年(34秒差距),并以每秒约1,500公里的速度膨胀。它是银河系英仙臂的一部分。 该星云由约翰·贝维斯于1731年发现,它对应于中国、阿拉伯和日本天文学家于公元1054年记录的一次超新星爆发(编号SN 1054,中国称天关客星)。1969年天文学家发现星云的中心是一颗脉冲星,它的直径约28–30公里,每秒自转302次,并发射出从γ射线到无线电波的宽频率范围电磁波。它也是首颗被确认为历史上超新星爆发遗迹的天体。
蟹状星云的X射线和γ射线辐射能量超过30keV,估测电通量达10eV,而且非常稳定,因此天文学家将蟹状星云看成是宇宙中最稳定的高能辐射源之一,并将其作为一种标准来测量宇宙其他辐射源的能量。此星云是一个很好的辐射源,通过其他天体的掩星可以研究它与其他的天体。20世纪50和60年代时,天文学家曾借助穿过日冕的蟹状星云辐射对太阳日冕进行密度和成分测定。2003年,土卫六阻挡了蟹状星云的X射线辐射,天文学家借此机会测量土卫六的大气层的厚度。 蟹状星云产生于公元1054年一次明亮的超新星爆发:SN 1054。当时中国、印度、阿拉伯和日本天文学家都记录了这一天文现象。而该星云则是由约翰·贝维斯于1731年首次观测到的。1758年,查尔斯·梅西耶在观测一颗亮彗星时独立地再次发现该星云。于是梅西耶将其作为自己的类彗星天体星表中第一个成员。1848年,罗斯伯爵在比尔城堡观测到了此星云,因为他绘制的图像形状与螃蟹类似,因此被称为蟹状星云。
20世纪早期,对早期间隔数年的星云照片进行的分析显示它正在不断膨胀。而中国天文学家在1054年的记录在天空的相同区域产生过一颗亮星,甚至白天都可观测到。虽然距离十分遥远,但是当时中国人观测到的客星在白天也能看见,因此只可能是超新星。这是一种自身的核聚变已经终止并坍缩,从而发生爆炸的大质量恒星。
公元1054年7月4日,我国北宋仁宗至和元年的五月二十六日,大约天亮时分,开封府东南方向的天空中出现了一颗极亮的大星,因其出现在天关(即金牛座)位置,宋代司天监的天文研究者们称其为“天关客星”。这一天文事件被多部史书记载了下来——
据《宋史·天文志·第九》,这颗星于“至和元年五月己丑,出天关东南可数寸,岁余稍没”;《宋会要》记载:“嘉祐元年三月,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”。
这是 历史 上最早记载恒星爆炸的文字,也即当今天文学界非常著名的蟹状星云的前身恒星初始爆炸时候的情景。尽管其距离在地球6500光年远的地方,人们在地球上的白天,仍能看到它的光亮。
距离蟹状星云爆炸后967年,近日,地球再次收到从金牛座传回的“讯息”——
同时,这次观测还记录到能量达11拍电子伏(拍=千万亿)的伽马光子,由此确定在大约仅为太阳系1/10大小的(约5000倍日地距离)星云核心区内存在能力超强的电子加速器,加速能量达到了人工加速器产生的电子束的能量(欧洲核子研究中心大型正负电子对撞机LEP)两万倍左右,直逼经典电动力学和理想磁流体力学理论所允许的加速极限。此次观测结果是基于LHAASO 1/2 阵地和 3/4 阵地过去14个月观测的成果,已于今日(7月9日)在《科学》(Science)上发表,由中国科学院高能物理研究所牵头的LHAASO国际合作组完成。
在成果发布前夕,中国科学院高能所研究员、高海拔宇宙线观测站首席科学家曹臻专程从北京飞到成都,接受一众媒体采访。“这是在四川发现的成果,一定要在四川讲出来!”他说。
此次研究发现意义何在?LHAASO的科学目标是什么?
曹臻
为超高能区标准烛光设定亮度标准
“这把尺子,被我们中国人找到了!”
红星新闻: 此次成果除了观测到11拍电子伏光子,还实现了前所未有的超高能区(03-11拍电子伏)的精确测量,其意义何在?
曹臻: 除了带来其自身对物理理解的理论模型外,蟹状星云还有一个更为重要的功能,即为该能区标准烛光设定了亮度标准。在最高能段的标准里,在LHAASO之前,没有任何手段可以检测。也就是说,LHAASO开辟了全新的未知领域,且制定了这个领域的实验调查发展的标准。
打个比喻,就像提供了一把标准计量的尺子,将来此类实验,都要以此来检测探测器的测量是否准确。而这把尺子,被我们中国人找到了!
红星新闻: 什么是标准烛光?
曹臻: 目前北半球只有蟹状星云一个标准烛光,标准烛光应用在天文观测上,其作用有2个:位置和亮度。
具体来说,天文望远镜要精准测量一个星体的具体位置,就要用蟹状星云来表明探测器方位。
从亮度来说,在万亿亿倍的范围上,蟹状星云是为数极少的在射电、红外、光学、紫外、X射线和伽马射线波段都有辐射的天体, 历史 上对其光谱已经进行了大量的观测研究,是非常明亮且稳定的高能辐射源,因此在多个波段它被作为标准烛光,也即是测量其它天体辐射强度的标尺。如果落在能量范围内的光子在此次制定的物理模型范围内,就证明亮度测对了。
高海拔宇宙线观测站(LHAASO) 图据高能所
红星新闻: 您所提到的“星云核心区内存在能力超强的电子加速器,加速能量达到了人工加速器产生的电子束的能量两万倍左右”,此发现意义何在?未来可运用在哪些领域?
曹臻:除了直逼经典电动力学和理想磁流体力学理论所允许的加速极限,未来我们还可能找到和人类制造的地面加速器完全不一样的加速机制和方式,对未来地面加速器的 设计和建造有重大指导意义。
此次研究成果主要用于基础物理的研究 探索 。未来如果我们能造出更高效率的加速器,这些加速器就可用于癌症治疗和诊断等领域。比如,现在的加速器只在大型医院使用,未来这些设备可能更加小型化,在一些小医院里就可以使用。
红星新闻: 这次的发现也是“千年等一回”,为何距离上一次重大发现,中间隔了那么长时间?
曹臻: 科技 发展是主要因素。古代只能用肉眼观看,现在有各种各样的波段测量仪器和手段,从贵州的500米口径球面射电望远镜(FAST)到LHAASO,其中覆盖的能量范围是 万亿亿倍,包括射电、红外、光学、紫外、X射线和伽马射线波段,LHAASO还覆盖了更高能量的波段。
此外,蟹状星云爆炸后的遗迹星云至今的辐射也比太阳大,爆炸后形成的中子星直径约25公里,以每秒30圈的速度急速旋转着,整个星体至今仍以每秒1000~1500公里的速度扩张着。经过近一千年左右的扩展,高速旋转的超强磁场将脉冲星表面磁层中的大量正负电子持续不断地吹向四周,形成一股速度近乎光速的强劲星风。星风中的电子与外部介质碰撞后会被进一步加速至更高能量并产生我们看到的星云。
要注意的是,尽管蟹状星云在不断扩大,但它的大小实际上只有0005度,我们在地球上以6500光年的距离看它,肉眼依然分辨不出,只有通过天文望远镜才能看到它的面貌。
红星新闻: 那我们是否会和贵州的FAST进行合作?
曹臻: 当然!我们前面提到,FAST到LHAASO,其中覆盖的能量范围是 万亿亿倍,FAST正好是最低的一段,LHAASO是最高的一段,要对此现象进行一个完整深入研究,一定要开展多波段的综合统一研究。在多波段研究中,我们已经和FAST提出多个源的观测申请。最终目的,是通过研究这些特殊的天体,找到宇宙线起源,搞清楚起源的机制是什么。从科学上来讲,这也是我们最终要实现的目标。
高海拔宇宙线观测站(LHAASO) 图据高能所
LHAASO今年8月正式投运
“将有更多激动人心的科学突破”
红星新闻: 时隔近一千年,蟹状星云再次被我们中国人、被四川的科学观测站捕捉到了,对此您有何感受?
曹臻: 肯定很自豪。在天文 历史 中,蟹状星云有很多个“第一”,但这一次的“第一”不太一样,因为我们所观测到的11拍电子伏,可能是能观测到的最高能量段,是一个全新的未知领域。在LHAASO建造前,欧洲和美国主流的伽马光子的探测是天文望远镜,其能捕捉到的 最高能量为01个拍电子伏。在过去二、三十年中,发表在《科学》上的,都是几十个零点零几拍电子伏的观测。原因是随着能量升高,电子强度越来越低,如果没有像LHAASO这样高灵敏度的大型探测器,是无法将其捕捉的。这也是此次统计数据尤为重要的原因。
NASA发布的蟹状星云中心,中心有最明亮的一颗中子星。图源/IC photo
同时,LHAASO可能在未来十年乃至二十年内,都是一个国际领先的大科学装置。可以看到,中国人在科学上的贡献,已经变得越来越重要。
红星新闻: 上一次发布LHAASO观测到的成果是5月17日,不到两个月时间,我们就发布了2次重大成果,对于这个频率您如何看?
曹臻: 无论是速度还是更高能量级的发现,都大大超出了我们的预期。值得一提的是,LHAASO是一个非常综合性的探测装置, 它一共 有4种探测器, 这4种探测器对于宇宙线的现象,从不同角度立体地进行观测,因此它提供了一个非常丰富的宇宙线的知识测量。除了研究基础物理的内容以外,它还可以研究气象、雷电、太阳活动等等,这些领域的研究也正在逐渐开展。
红星新闻: 能否介绍下LHAASO的建设节点和未来三五年的中远期规划?
曹臻: 目前LHAASO阵列 探测器的安装已全部结束,已进入探测器调试的最后阶段,预计今年7月底可以达到完全观测的条件,8月正式投入运营,年底前完成验收。
LHAASO的未来规划依然是天文观测。目前我们已经发现有12个宇宙线起源的候选天体,未来几年,我们会像此次发布的蟹状星云成果一样,对 这些源去做深入研究。LHAASO的潜力巨大,目前我们的成果仅仅是冰山一角,一旦阵列正式运行,可以预见的是,未来将有更多激动人心的科学突破。
编辑 陈怡西
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900多年前,有一次非常著名的超新星爆发事件,当时北宋王朝的天文学家做了详细的记载。据史书称:爆发出现在宋仁宗至和元年五月(即1054年5月),在开始的23天中这颗超新星非常之亮,白天也能在天空中看到它,随后逐渐变暗,直到嘉佑元年三月(公元1056 年3月),才不能为肉眼所见,前后历时22个月(这次爆发的残骸形成了著名的金牛座中的星云,叫做蟹状星云)。
《宋会要》卷五十二中记载:至和元年七月二十二日,守将作监致仕杨维德言:伏睹客星出现,其星上微有光彩,**。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。嘉祐元年三月,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。
蟹状星云与北宋天文记载
宋朝百姓甲:你们还记得真庙在的时候,那天的大星吗?
宋朝百姓乙:记得记得,当时说是有大吉。我但是还是个孩童,记得是四月。
宋朝百姓甲:是啊,是啊。也不知这次东南天的大星,什么意思。
宋朝百姓乙:你没听说,朝廷说了,说是要出为大贤。
宋朝百姓丙:我也听说了,你们想现在的官家不就是位仁义的人?官家就是大贤。
宋朝百姓甲乙:的确。
……
古老的文字记载直至现在我们都能看到它的痕迹,我感觉是很神奇的一件事。
1、宋仁宗至和元年的五月己丑(公元1054年7月4日),在金牛座ζ星东北面,距地球约6500光年远的地方,有一颗超新星爆发。
2、当时宋朝一位名叫杨惟德的天文官员,向皇帝奏报了天空中出现了一颗“客星”。
3、1771年法国天文学家梅西耶在制作著名的“星云星团(M)表”时,把第一号的位置,留给了蟹状星云,编号为M1。
4、1892年美国天文学家拍下了蟹状星云的第一张照片,30年后天文学家在对比蟹状星云以往的照片时,发现它在不断扩张,速度高达1100公里/秒。于是科学家推测:在900多年前,蟹状星云很可能只有一颗恒星的大小。
5、1928年美国天文学家哈勃首次把它与超新星拉上了关系,认为蟹状星云是公元1054年超新星爆发后留下的遗迹。
6、在西方的史料中,没有找到相关的任何记录
7、但在中国的史料中,却找到了很多有关1054年曾有过超新星剧烈爆发的珍贵记录资料。
8、1942年,荷兰天文学家奥尔特以其令人信服的论证,确认蟹状星云就是1054年超新星爆发后形成的。
很凑巧的是,这个星云的位置与曾经的“不速之客”天关客星出现的位置相同。最后,经过激烈的讨论,科学家们得出了蟹状星云正是曾经的天关客星。
参考文献
刘金沂(笔名钟天成) 蟹状星云和1054年超新星[J] 科学实验, 1975(11)
刘金沂 1054年超新星位置的新证据[J] 科学技术史, 1984
席泽宗 蟹状星云与中国客星[J] 科学中国人, 1997(007):11-13
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