蝴蝶与指环王
行星状星云


文章出自:博物 2009年第01期 作者: 石南丛 

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天体都像皮球吗?这是一个让人匪夷所思的问题。就目前的科技来看,人类能够亲眼清晰看到的天体差不多都是圆球形的—太阳、月亮,毫无疑问是圆的。后来人们通过望远镜仔细观察了金星、火星、木星、土星,差不多也都是圆的。遥远的恒星我们无法看清究竟是个什么样子,但我们也可以推断它们是圆球状的。但想象一下,总观察漫天的皮球是件很乏味的事情,我们很想找几个奇形怪状的天体尝尝鲜,先让我们来看看宇宙中飞舞的蝴蝶和美丽的指环吧。
索伦之眼
“索伦之眼”有多大?从地球上看到的它差不多相当于半个月亮,但它非常暗,如果选择较好的观测时间和地点,用口径10厘米的小型天文望远镜就能看出指环的形状。若用口径较大的望远镜观看便能看清它多个环状的细节。

谁能问鼎“指环王”?

电影《指环王》中,恶魔索伦在高塔上化身成魔眼—“索伦之眼”,成为中世纪地球黑暗世界的统治者。指环王三部曲风靡全球之后,全天目视最大的行星状星云—位于宝瓶座的NGC7293被赋予了“索伦之眼”的称号。

什么叫行星状星云?这是一种奇怪的天体,由稀薄气体构成,不像普通恒星那样集结成球状,而是由于各种物理环境原因被塑造成千奇百怪的样子,比如这个“索伦之眼”就被塑造为指环形状,或者说像面包圈也没问题,它就是恒星演化到晚期时抛出的气体壳形成的。“索伦之眼”虽然是一枚诡异的指环,但并不是最耀眼的指环。位于天琴座织女星边不远的行星状星云M57—这个明亮的指环很早就被人们发现了。

指环展销会
不同种类的恒星会形成不同形状的行星状星云,环状的星云多由质量较小的恒星形成,比如M27(图1)、NGC6369(图2)、还有在夏夜星空中就位于明亮的织女星边的M57(图3)。它们宛如一个个精工细作的工艺品戒圈,虽然肉眼很难看清楚,但若是有一架小型望远镜就可以观测到它。

破茧而出的太空蝴蝶

在星空中找一只形似蝴蝶的星云难吗?若能在夜空中找到猎户座的三星,在三星的东边不远就是麒麟座,一只漂亮的蝴蝶就在那里悄悄展开了翅膀。它就是蝴蝶状星云NGC2346—蝴蝶星云也是行星状星云的一种。一部分蝴蝶星云中央部位有两颗衰老的恒星相互绕转,其中一颗是已经失去周围气体的白矮星,另一颗是因为膨胀体积巨大化的红色巨星,红色巨星上膨胀的物质降落堆积到白矮星上,堆积到一定量之后会发生爆炸,再将物质抛回太空,这样不断重复的结果,就形成了宛若蝶翼的形态。
从指环到蝴蝶
虽然形成行星状星云的恒星都是小质量恒星,质量和我们的太阳差不多,但细微的质量差别也会影响到最后“作品”的不同。总的来说,形成“指环”的恒星质量较小,而形成“蝴蝶”的恒星质量较大,并且可能是双星由于磁场和自转等因素的作用形成了“双极”结构。
蝴蝶的翅膀
如果我们的视野再宽广一些,就会发现很多“蝴蝶星云”都具有更为宽大的“翅膀”。由于中心恒星发射紫外线,环绕在其周围的星云物质中的气体原子受到紫外辐射的激发而发光,不同原子受到激发,在复合时就会发出不同颜色的光。比如氧和氮原子发出绿色的光,氢原子发出红色的光,因此翅膀的颜色也大不相同。
蝴蝶or闸蟹?
南天半人马座方向也有一个蝴蝶状星云,也有馋嘴的人觉得它更像膏肥味美的大闸蟹。上图展现了这个星云的整体部分,右下角则展现了这个星云的中心部分,由此我们可以看出很多“蝴蝶星云”都有一大一小两对“翅膀”。这些奇特的外形实际上都是由以氢为主的各种气体形成的。“小翅膀”通常借助光学望远镜就可以看到,而“大翅膀”则有时需要借助红外望远镜来拍照。
太阳的死亡
恒星的主要构成是氢,比如我们的太阳在数十亿年之后中心的氢耗尽后就会冷却下来,恒星内部开始向中心“坍缩”,外部膨胀。此时的恒星颜色变红,体积变得巨大,被称为红巨星。
在最后阶段,恒星吹出剧烈的恒星风,会使恒星的残骸膨胀到更大的范围,中心星渐渐裸露出来,它已在坍缩过程中演化为白矮星。
白矮星吹出的星风速度非常快,迅速追赶上红巨星以前跑掉的物质,两者相互作用,就形成了行星状星云的气壳,气壳被中心白矮星的紫外光点亮,就形成了美丽的行星状星云。

蝴蝶指环是一家

行星状星云究竟是指环?是蝴蝶?为何同一种天体会有如此大的差异?18世纪80年代,著名天文学家威廉?赫歇尔发现有些星云呈圆形或扁圆形,与大行星很像,心中便觉得蹊跷,就把它们叫做行星状星云。尽管名字这么叫,但实际上行星状星云与行星一点关系也没有。行星状星云实际上是恒星死亡前的一种形态,在这个过程中物理环境的差异以及我们不同的观察视角,造成了我们所看到的有些像指环,有些像蝴蝶,甚至沙漏、蚂蚁、方片儿,不一而足。

责任编辑 / 张超 

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