书城自然科学发现之旅:太空百态
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第14章 星云

游侠引言:

星云包含了除行星和彗星外的几乎所有延展型天体。星云英语词根的原意为"云"。我们有时将星系、各种星团及宇宙空间中各种类型的尘埃和气体都称为星云。

正文

当我们提到宇宙空间时,我们往往会想到那里是一无所有的、黑暗寂静的真空。其实,这不完全对。恒星之间广阔无垠的空间也许是寂静的,但远不是真正的"真空",而是存在着各种各样的物质。这些物质包括星际气体、尘埃和粒子流等,人们把它们叫做"星际物质"。

星际物质与天体的演化有着密切的联系。观测证实,星际气体主要由氢和氦两种元素构成,这跟恒星的成分是一样的。人们甚至猜想,恒星是由星际气体"凝结"而成的。星际尘埃是一些很小的固态物质,成分包括碳合物、氧化物等。

六个不同的行星星云

星际物质在宇宙空间的分布并不均匀。在引力作用下,某些地方的气体和尘埃可能相互吸引而密集起来,形成云雾状。人们形象地把它们叫做"星云"。按照形态,银河系中的星云可以分为暗星云、超新星遗迹、弥漫星云、行星状星云等几种。

爱斯基摩星云

明亮的弥漫星云之所以明亮,是因为有一颗或几颗亮星的照耀。如果气体尘埃星云附近没有亮星,则星云将是黑暗的,即为暗星云。暗星云由于它既不发光,也没有光供它反射,但是将吸收和散射来自它后面的光线,因此可以在恒星密集的银河中以及明亮的弥漫星云的衬托下发现。

超新星遗迹也是一类与弥漫星云性质完全不同的星云,它们是超新星爆发后抛出的气体形成的。与行星状星云一样,这类星云的体积也在膨胀之中,最后也趋于消散。最有名超新星遗迹是金牛星座中的蟹状星云。它是由一颗在1054年爆发的银河系内的超新星留下的遗迹。在这个星云中央已发现有一颗中子星,但因为中子星体积非常小,用光学望远镜不能看到。它是因为它有脉冲式的无线电波辐射而发现的,并在理论上确定为中子星。

NGC2440星云

弥漫星云是星际介质集中在一颗或几颗亮星周围而造成的亮星云,这些亮星都是形成不久的年青恒星。弥漫星云呈现为不规则的形状,犹如天空中的云彩,但是它们一般都得使用望远镜才能观测到,很多只有用天体照相机作长时间曝光才能显示出它们的美貌。弥漫星云正如它的名称一样,没有明显的边界,常常呈不规则形状。它们的直径在几十光年左右,密度平均为每立方厘米10~100个原子(事实上这比实验室里得到的真空要低得多)。它们主要分布在银道面附近。比较著名的弥漫星云有猎户座大星云、马头星云等。

马头暗星云

行星状星云的样子有点像吐的烟圈,中心是空的,而且往往有一颗很亮的恒星。恒星不断向外抛射物质,形成星云。可见,行星状星云是恒星晚年演化的结果。比较著名的有宝瓶座耳轮状星云和天琴座环状星云。

行星状星云呈圆形、扁圆形或环形,有些与大行星很相像,因而得名。这类星云与弥漫星云在性质上完全不同,它们是如太阳差不多质量的恒星演化到晚期,核反应停止后,走向死亡时的产物。这类星云的体积在膨胀之中,最后趋于消散。在行星状星云的中央,都有一颗高温恒星,称为行星状星云的中央星。这是正在演化成白矮星的恒星。

环状行星状星云

星云是由宇宙中的尘埃及气体所形成的,其主要成分是氢气。简单来说,又可以把星云分为四类:发射星云、反射星云、暗黑星云及行星状星云。

发射星云

发射星云是受到附近炽热光量的恒星激发而发光的,这些恒星所发出的紫外线会电离星云内的氢气(Hiiregions),令到它们发光。在天空中有很多为人熟悉的发射星云,如M42猎户座大星云,其目视星等为4等,肉眼可见。它距离我们1600光年,而直径为30光年。利用小口径望远镜已能轻易观测得到气状的情况以及位於其中心部分的四合星(利用大口径望远镜可看到六颗),这四合星是在猎户座大星云中心形成的。

大湖星云

反射星云

反射星云与呈红色的发射星云不同,反射星云是靠反射附近恒星的光线而发光的,呈蓝色。反射星云的光度较暗弱,较容易观测到的例子是围绕著金牛座M45七姊妹星团的反射星云,在透明度高及无月的晚上,利用望远镜便可看到整个星团是被淡蓝色的星云包裹著的。

M44开放星团

暗黑星云

暗黑星云本身不会发光,亦没有恒星包含其中,而它能够被发现是由於它遮挡了背景的星云或恒星的光线,从而给我们看到的。著名的几个暗黑星云如南天的煤袋星云和北天猎户座里的马头星云(B33)。马头星云更被业余的天文同好视为目视深空天体观测之终极。本港观测过马头星云的天文同好不超过十人,原因是要看到它,非要借助大口径望远镜不可。

猎户座气体星云

行星状星云

与先前提及的三类星云不同,行星状星云是恒星晚年时的产物。透过望远镜观测,大部分行星状星云呈像行星般的圆盘状,实则与行星没有任何关系。

小哑铃星云

当一颗低质量恒星步入晚年时便会膨胀成红巨星,而当膨胀至某一程度,便会再次向内塌缩,在这过程之中,部分物质会继续向外膨胀,形成气壳(即我们所说的行星状星云),而中心则会形成白矮星。普遍行星状星云的"生命"是十分短暂的,通常这些气壳会在数万年之内便会逐渐消失。不是所有行星状星云都是呈圆面的,有些行星状星云的形状十分独特,如位於狐狸座的M27哑铃星云及英仙座中M76小哑铃星云等。

在冬季的夜空中,猎户星座非常引人注目,就象站立在星空中的一位武士,就在这位武士的腰带下方,肉眼可见一个云雾状天体,这就是著名的猎户座大星云。

虽然猎户座大星云肉眼可见,可是在望远镜出现之前并没有文献记录它的存在。猎户座大星云中最明亮的一些恒星曾被早期的天文学家当作5等星而记录下来,如托勒密、第谷·布拉赫和约翰·巴耶。最先发现猎户座大星云的是一位法国人Nicholas-ClaudeFabridePeiresc,他通过望远镜发现了它,著名天文学家惠更斯在1656年也发现过猎户座大星云。

猎户座大星云被记录在1774年出版的梅西耶天体列表第一版,由于它是梅西耶发现的第42个深空天体,因此它又称M42。在1880年9月30日,亨利·德雷珀拍得首张M42的照片,在1993年哈勃望远镜首次观测M42。

猎户座大星云,直径约16光年,视星等4等,距地球约1300光年。猎户座大星云正不断孕育出大量新的恒星,其中大部分恒星都形成于200万-300万年前,也就是说,它们的实际年龄还不到太阳和地球的千分之一。该星云中的许多恒星目前正处于形成阶段,因此它们的周围还包裹着一层非常厚密的尘埃云团。与可见光不同的是,红外线能够穿透宇宙中的尘埃物质,这样天文学家们便可借助红外观测设备来了解恒星的形成过程。

通过观测发现,在猎户座星云的中心区存在着一个长有数根"指头"的红点。该红点是一主要由氢分子组成的云团,而在它的内部则是一颗已经形成并且正在高速脱离星云中心区的恒星。

〔问题在线〕:

什么叫超新星遗迹?

〔专家释疑〕:

一颗恒星在其生命的最后阶段有时会突然发生爆炸,其亮度大大增加,景观壮丽无比。这就是超新星。一颗超新星的亮度可能会超过平时整个恒星系亮度的总和。当一切都过去之后,恒星的碎片被抛到了宇宙空间,形成了超新星遗迹。典型的超新星遗迹的跨度至少有一光年。

〔探索指南〕:

通过观测发现,在猎户座星云的中心区存在着一个长有数根"指头"的红点。该红点是一主要由氢分子组成的云团,而在它的内部则是一颗已经形成并且正在高速脱离星云中心区的恒星。