[科普中國]-氣體星云

簡介

經過進一步的研究表明﹐這些塵埃物質和氣體一樣﹐都是在星云形成的初期就已經存在的。在氣體星云中﹐有不可忽視的塵埃微粒﹐只是比其他星云稀少一些。銀河系中的彌漫氣體星云大部分集中在銀道面附近﹐平均銀緯約2°﹐屬于扁平子系(見銀河系子系)。它們的質量﹐從太陽質量的幾分之一到幾千倍﹐但大部分為太陽質量的十倍左右。氣體星云都具有發(fā)射光譜。彌漫氣體星云照明星的溫度一般低于行星狀星云中心星的溫度﹐所以彌漫氣體星云的激發(fā)度也低于行星狀星云。光譜中最強的譜線是氫的巴耳末 (Hα)線和一次電離氧(OⅡ)的禁線。由于紅光的穿透力較強﹐所以彌漫氣體星云光譜中氫原子的Hα 線很強。因此對暗弱星云的照相觀測﹐一般都采用只透過強發(fā)射線(如Hα)的窄帶濾光片和紅敏底片進行長時間露光。很多暗弱的電離氫區(qū)都是采用這種方法發(fā)現的。最亮的氣體星云是獵戶座大星云(M42)﹔最大的氣體星云是南天的古姆(Gum)星云﹐它的角直徑為30°﹔最美麗的氣體星云是天鵝座的網狀星云 (NGC6960)。在許多河外星系中﹐特別是在旋渦星系的旋臂中﹐也觀測到有大量的氣體星云。

形成許多星云或恒星都是在引力坍縮的星際介質氣體或ISM中形成的。當物質因為本身的重量而坍縮時，在中心可能會形成大質量的恒星，而且它們的紫外線輻射會造成周圍的氣體電離，使它們發(fā)射出可見光的波長。玫瑰星云和鵜鶘星云就是這種星云的例子。這些星云的小，就是所謂的電離氫區(qū)，會依據原來分子云的大小而有所不同。它們位于恒星誕生區(qū)，而形成的恒星經常是所知的那些年輕、松散的集團。

有些星云的形成是大質量、生命短暫的恒星發(fā)生超新星爆炸的結果。從超新星爆炸拋射出來的物質是被高能量電離的，而且它還會產生致密物質。在這之中，金牛座的蟹狀星云就是最著名的例子。這個超新星事件發(fā)生在公元1054年，所以被標記為SN 1054，被創(chuàng)造的致密物質就是位于蟹狀星云中心的中子星。

另一種可能形成的星云是行星狀星云，這是低質量恒星生命的最后階段，像是地球的太陽。質量上限大約是8-10倍太陽質量的恒星，會演化成為紅巨星，并且外層的大氣層在脹縮時，會以緩慢的速率流失質量。當恒星失去了足夠的物質之后，它表面的溫度會升高，而且它發(fā)射出的紫外線會使早先被拋出而環(huán)繞在周圍的氣體被電離。這種星云的97%是氫，3%是氦，其余的則是微量但可偵測到的物質。在這一階段的主要功能是完成平衡。

行星狀星云行星狀星云是指外形呈圓盤狀或環(huán)狀的并且?guī)в邪等跹由煲暶娴男窃?，屬于發(fā)射星云的一種。在望遠鏡中看去，它具有像天王星和海王星那樣略帶綠色而有明晰邊緣的圓面。1777年，F. W. Herschel發(fā)現這類天體后，稱它們?yōu)樾行菭钚窃?。用大望遠鏡觀察顯示出行星狀星云有纖維、斑點、氣流和小弧等復雜結構。它們主要分布在銀道面附近，受到星際消光的影響，大量的行星狀星云被暗星云遮蔽而難以觀測，其中央部分有一個很小的核心，是溫度很高的中心星。行星狀星云的氣殼在膨脹，速度為每秒10公里到50公里。其化學組成和恒星差不多，質量一般在0.1到1個太陽質量之間，密度在每立方厘米100到10，000個原子[離子]之間，溫度為6000K到10000K，中心星的溫度高達30000K以上。

行星狀星云是低質量漸近巨星分支的恒星轉化成白矮星時，從外殼拋出的氣體形成的星云。2這些星云發(fā)射出的光譜類似于在恒星形成區(qū)域發(fā)現的星云所發(fā)出的光譜。從物理角度，因為多數的氫都是電離的，因此它們是HII區(qū)。但是，行星狀星云的密度比恒星形成區(qū)的星云更高和更緊密。它們被稱為行星狀星云是因為天文學家初次看見這些天體時，認為這些星云像是行星的盤面，雖然它們與行星沒有任何關聯。相信我們的太陽在誕生120億年后會成為其中的一員。3

平均壽命行星狀星云的壽命平均約為30000左右。這類星云出現，象征著恒星已到晚年。在銀河系存在期間[大約10--100億年]，將近有10億到 100億個恒星，經歷過行星狀星云階段。因此，這種天體很可能是一種普遍存在的天體。銀河系中大部分恒星，很可能都要經過行星狀星云而后才"死亡"。根據太陽附近的分布密度(約每千立方秒差距三十到五十個)估計，整個銀河系中應該有四五萬個，現在觀測到的只是其中很小的一部分。

行星狀星云呈圓形、扁圓形或環(huán)形，有些與大行星很相像，因而得名。這類星云與彌漫星云在性質上完全不同，它們是如太陽差不多質量的恒星演化到晚期，核反應停止后，走向死亡時的產物。這類星云的體積在膨脹之中，最后趨于消散。在行星狀星云的中央，都有一顆高溫恒星，稱為行星狀星云的中央星。這是正在演化成白矮星的恒星。

質量行星狀星云的質量在十分之一到一個太陽質量之間，星云中的密度在每立方厘米100-10,000個原子(離子)之間。行星狀星云的中心星都是溫度很高的(大于等于30000K)，星云吸收它發(fā)出的強紫外輻射通過級聯躍遷過程轉化為可見光。行星狀星云象征著一顆恒星到了晚年，估計行星狀星云的壽命平均為三萬年左右，星云氣體逐漸擴散消失于星際空間，僅留下一個中央白矮星。

行星狀星云實質上是一些垂死的恒星拋出的塵埃和氣體殼。質量小于太陽十倍的恒星在其演化的末期，因其核心的氦燃料耗盡，會將其物質外殼拋向宇宙空間。行星狀星云的直徑一般在一光年左右。