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第16章 银河系(3)

(1)弥漫星云

弥漫星云正如它的名称一样,没有明显的边界,常常呈现为不规则的形状,犹如天空中的云彩,但是一般都得使用望远镜才能观测到它们,很多只有用天体照相机长时间曝光才能显示出它们的美貌。这类星云比行星状星云大得多,它们的直径在几十光年左右,而且密度也要稀薄得多,每立方厘米只有几个质子和电子;质量大小也不一,一般为太阳质量的10倍,大的可达太阳质量的数千倍,小的只有太阳质量的几分之一,一般由气体和尘埃组成。在银河系里,弥漫星云分布很不均匀,主要分布在银河系内的银道面附近,有的也有成群结队的现象。著名的弥漫星云有猎户座大星云(M42)、礁湖星云(M8)、马蹄星云(M17)、玫瑰星云(NGC2237)、三叶星云(M20)、鹰状星云(M16)、马头星云(NGC2024)等。这种星云种类很多,形态也不一样,按照其发光性质,大致可分为亮星云(又可分为发射星云和反射星云)、暗星云等。

1)发射星云。发射星云的内部或邻近通常都有大批的恒星,通过分析星云光谱的谱线发现,星云中处于激发状态的气体,受到这些恒星强烈辐射的作用而发出带有颜色的光。这些恒星所发出的紫外线会电离星云内的氢气使其发光,而氢气受激发而发出的光是偏红的,所以这类星云通常呈红色。

猎户座大星云(M42)形似艳丽的棉桃,分外壮观,是典型的发射星云。它的直径约16光年,质量约为太阳的300倍,离我们约1500光年,是离地球最近的星云。猎户座大星云的视亮度达4等,是全天唯一能用肉眼看见的气体星云。晴朗的夜晚,不用望远镜就能看出3颗小星中间有一颗隐隐约约泛着红光的星,其实它并不是一颗恒星,而是猎户座大星云。当初,由于猎户座大星云仅凭肉眼就能看到,因此古代天文学家早已注意到它,只不过他们没有看出它是星云,而把它当作恒星从而命名为猎户座。

猎户座大星云中心区域有著名的“四边形聚星”。这4颗星都是温度很高的、刚刚诞生不久的年轻恒星。这些年轻恒星的强紫外线辐射使星云中的氢原子电离并发射出美丽的红色光辉。天文学家发现猎户座四边形区域正在诞生新的恒星,因此长期密切关注它的情况。哈勃太空望远镜也重点观测过它。从哈勃太空望远镜拍摄的猎户座四边形区域的照片中,我们可以看出在明亮的4颗星周围,有许多“小星际云”,也称为原行星盘。一些原行星盘像小蝌蚪一样长出了尾巴。这是因为在周围高温亮星所放射出的强紫外线的照射下,原行星盘内的气体和尘埃不断蒸发,随风飘逸,形成了小蝌蚪一样的尾巴。我们还可以看出原行星盘中的新生恒星已经很明显,这些原行星盘将来即将形成与我们的太阳系类似的行星系统。

礁湖星云(M8,NGC6523)位于人马座,属于弥漫发射星云,是气体星云的一种。礁湖星云是最受欢迎的一道风景。18世纪,宇宙搜寻者查尔斯·梅西耶把这明亮的星云命名为M8,但现代天文学家们认为礁湖星云是一个活跃的恒星孕育场,它距离我们有5000光年远,位于我们银河系中心的方向上。

马蹄星云(M17)也被称为天鹅星云或龙虾星云(南半球的称呼),是恒星形成区域,受到年轻恒星的高能辐射激发而发光。与许多其他的发射星云不同,马蹄星云中的这些恒星在光学图像中并不明显,而是隐藏在星云之中。星云中的恒星形成过程不是正在进行,就是刚刚停止。一个由35颗明亮、但被遮挡的恒星组成的小星团深埋在星云物质中。马蹄星云的颜色偏粉红色。这种颜色来自于高温的氢气,它们被星云中刚形成的炽热恒星激发而发出红光。然而,其中最明亮的区域是白色的,这种现象是高温气体的发射线与反射自这一区域中明亮恒星的光线相互混合的结果。星云中包含了大量黑暗的遮光物质,形成了明显的暗斑。这些物质被隐藏的年轻恒星加热,发出明亮的红外光。星云中气体的总质量估计为太阳的800倍左右,足够形成一个明显的星团,比猎户座大星云M42所含的气体更多。虽然明亮的星云看起来只有15光年大小,但总的气体云,包括低亮度的物质,似乎延伸到40光年以外。对它与地球距离的估计,分布在相当大的范围之内,但现代的数据都介于5000—6000光年之间,比它的近邻M16和鹰状星云,距离我们更近。与许多弥漫星云一样,这个天体的总亮度很难估计,不同的资料来源给出不同的结果,约在6等左右。对于北半球纬度不高的地方来说,在良好的观测条件下,可以用肉眼看见这个天体。

美丽的玫瑰星云(NGC2237)是一个距离我们3000光年的大型发射星云。玫瑰星云位于麒麟座一个庞大分子云的末端。这个分子云集团包括NGC2237、NGC2238、NGC2239、NGC2244和NGC2246五个NGC天体。星云中心有一个编号为NGC2244的疏散星团,它与玫瑰星云关系相当密切,NGC2244内的恒星是由玫瑰星云的物质所形成的。该星团与星云距离地球大约5200光年,直径大约为130光年。星云的质量估计约有10000倍太阳质量。星云内丰富的氢气,而它的中心拥有非常炙热且年轻的恒星,在这些年轻亮星的激发下,玫瑰星云在大部分照片里呈现红色的色泽。星团内恒星所发出的恒星风,已经在星云的中心吹出一个大洞。这些恒星大约是在400万年前从它周围的云气中形成的,而空洞的边缘有一层由尘埃和热云气的隔离层。天文学家在玫瑰星云内,发现了一些快速移动的分子团,不过它们的起源仍是未知。

三叶星云是法国天文学家勒让蒂尔在1747年首先发现的。三叶星云比较明亮也比较大,为反射和发射混合型星云,视星等为8.5等。这个星云上有三条非常明显的黑道,它的形状就好像是三片发亮的树叶紧密而和谐地凑在一起,因此被称作三叶星云。由于星云上面那格外醒目的三条黑纹,也有天文学家将它叫做三裂星云。三叶星云位于人马座。由于人马座的位置比较偏南,所以地球上北纬78°以北的地区根本看不到这个星座,北纬45°以南的地区才能够看到。人马座也是著名深空天体云集的地方,除了三叶星云之外,另外还有14个梅西耶天体,如著名的礁湖星云M8、马蹄星云M17等等。三叶星云在梅西耶星表中排行20,简称M20。三叶星云距离我们5600光年。在三叶星云的中心有一个包含有炽热年轻恒星的疏散星团。这些恒星发出强烈的辐射轰击周围星云中的氢原子,使它们失去了电子;当电子与质子再次组合时,它便发射出奇特的光——其中之一就是在星云中所能见到的红色。

2)反射星云。弥漫星云中的反射星云本身不发光,之所以能看到它们的光是因为星云中的星际物质,如星际气体、尘埃和粒子流等受到邻近恒星的照射,发出带有颜色的光。一般来说,光线通过微尘时,被星际物质散射,红光比较容易通过,沿原来的方向传播;而蓝光比较容易散射,传到我们的方向,所以反射星云大都呈蓝色,光芒较弱。

反射星云的典型代表是昴星团星云,即包裹着整个昴星团的翠蓝色星云。它在梅西耶星表中的编号是M45,是离我们最近也是最亮的几个疏散星团之一,也是最有名的星团之一。昴星团总共含有超过3000颗的恒星,肉眼通常见到的有六颗亮星。中国古代把其中的亮星列为昴宿,有关的传说和神话很多,也被称为“七姊妹星团”。昴星团星云位于金牛座,在晴朗的夜空单用肉眼就可以看到它,一般肉眼能看到6颗星,眼力好的话能看到更多,因此它能用来检验你视力好坏或者天气晴朗情况。

鹰状星云也是一个十分著名的天体,因它的形状像一只展翅翱翔的雄鹰而得此名。鹰状星云在梅西耶星表中排名16,因此简称为M16。鹰状星云位于巨蛇座。每年夏季都是观察巨蛇座的有利时机,巨蛇尾靠近银河,巨蛇头远离银河,中间隔着蛇夫座。而鹰状星云就“翱翔”在巨蛇尾的东南部边缘。鹰状星云距离我们大约6000光年,它的视面积与满月差不多大小,视星等为6.5等,使用小型天文望远镜就能欣赏到它那极具魅力的美妙景象。

3)暗星云。暗星云本身并不发光,也没有反射光线,所以一般很难直接观测到。暗星云的密度比较高,这使得它们不能透光,所以在明亮的背景前就显得非常黑暗。我们只能通过在较亮恒星或星云背景上的暗黑剪影,才能发现它。这些巨大的“暗星云”中没有星星,它们吸收来自其后面远方天体发的光。在宇宙空间中还有许多别的暗星云,表面看来它们空无一物,而实际上却是一块块巨大的气体和尘埃团,只是附近没有亮星照射它们罢了,例如南半球南十字座的煤袋暗星云,距离我们400光年,其直径在40光年左右。

马头星云(NGC2024)是最著名的暗星云,也称为巴纳德天体33,是一个寒冷的暗尘埃云,位于猎户座,离地球1300光年。马头星云很暗,肉眼看不到它,透过投影能够看到它的外观。猎户座猎人腰带三星右边一颗是2等星参宿一,参宿一南边有一个不太亮的条状星云IC434,马头星云就位于IC434的前面。这个星云是一个完美的马头形象,马头的正面朝向北边,南边也就是马头的鬃毛部分是这个星云最黑暗的部分,马的颈部变宽,同时渐渐隐没在向着东边延伸的暗云之中。

1988年,哈佛大学天文台在查看他们拍摄的猎户座照片底版时,首先发现了这个形状极不寻常的暗星云。马头星云被发现之后,它那与众不同的奇特形状,立刻引起了广泛的关注,许多人都想亲眼看一看这个名副其实的“天马”。然而,要想从一个只能勉强能看见的、相当暗弱的IC434中再分辨出一个几乎看不见的马头星云来,对天文爱好者们是一个极大的挑战,所以业余爱好者经常将马头星云作为检验他们观测技巧的测试目标。

2001年,哈勃太空望远镜将镜头对准了茫茫太空中的“马头”。在哈勃太空望远镜发回的马头星云照片中,组成这个星云的一缕缕暗淡冰冷的气体和尘埃显得非常清晰。星云后面衬托着明亮红色的星云,左上侧有一颗正在形成之中的新星,被气体和尘埃遮掩着。

(2)行星状星云

行星状星云是核心有一颗亮星,周围是星云,整体呈球形或扁球形的星云,属于发射星云的一种。之所以称为行星状星云,是因为星云中核心的亮星像行星的固体部分,星云则如同行星的大气圈。在望远镜里,这种星云往往呈环状,因星云的中间部分较稀薄,还有一个原因是中间部分被那颗亮星照得较亮而变得透明,但外缘不甚亮,故不透明,一般看不到,而外缘部分较浓密,可以看得到。其实,这类星云称为环状星云更合适,因行星的大气是底层浓密,高层稀薄,行星状星云情况与此相反,所以没有必要称之为行星状星云。行星状星云无疑是中间那颗亮星喷射出来的物质形成的,也许还在扩张;一旦其扩张停止,就会收缩,最后可能又会被那颗恒星吸聚。

1977年,威廉·赫歇尔发现这类天体后,称它们为行星状星云。其中央部分有一个很小的核心,是温度很高的中心星。行星状星云的气壳在膨胀,速度为每秒10~50千米。其化学组成和恒星差不多,质量一般在0.1~1个太阳质量之间,密度在每立方厘米100~10000个原子(离子)之间,温度为6000~10000开,中心星的温度高达30000开以上。据估计,行星状星云的寿命平均约为30000年左右。这类星云的出现,象征着恒星已到晚年。

在银河系演化过程中(大约10亿~100亿年),将近有10亿~100亿个恒星经历过行星状星云阶段。目前河外星系中也发现了大量的行星状星云,如仙女座星系中就已发现300多个行星状星云,大麦哲伦星系中发现400多个行星状星云,小麦哲伦星系中发现200多个行星状星云。

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