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環狀星雲
（2006年02月27日 19:31）
來源︰《太空探索》
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□作者: 溫學詩
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環狀星雲M57是人類發現的第一個行星狀星雲，是一個非常美麗的天體。
環狀星雲的發現
環狀星雲是由英國著名天文學家威廉•赫歇爾發現的。當時，赫歇爾還是英國皇家樂隊的一名鋼琴師，但他酷愛天文學，經常用望遠鏡觀測星空。1779年夏季的一天晚上，當赫歇爾把望遠鏡對準天琴座的時候，在密密麻麻的恆星當中，發現了一個略帶淡綠色、邊緣較清晰的呈小圓面的天體。他模模糊糊地看出它應該是一個星雲。但這是一種什麼類型的星雲呢？赫歇爾也不知道。由于他的望遠鏡分辨率太差了，他看不清楚星雲的細節，只是看它的模樣與大行星很相像，于是赫歇爾就把這類星雲命名為行星狀星雲。事實上，行星狀星雲與行星毫無關聯，然而這個不恰當的名稱卻被人們一直沿用下來。
與赫歇爾同時代的法國天文學家安東尼•達爾奎耶與赫歇爾同時也發現了這個天體，他是在觀測1779年出現的彗星時看到它的。法國天文學家梅西葉把這個天體收入自己編制的星表中，排在第57位，簡稱M57。
隨著觀測能力的不斷提高，人們後來又陸續發現了不少行星狀星雲，目前的總數為1000多個。天文學家估計在我們的銀河系中大概一共有四五萬個行星狀星雲，只是由于它們都隱藏在太空深處，實在是太小太暗了，以致我們目前還不能發現它們。
透過望遠鏡看環狀星雲
要看環狀星雲的話，先要找到它。環狀星雲位于天琴座。夏天的夜晚是觀察天琴座的最佳時間。夏夜的星空豐富多彩，最重要的特點是，一條發出淡淡白光的銀河橫跨天空，面積不大的天琴座就位于銀河的近旁。織女星是天琴座α星，它在全天21顆最亮恆星表中排名第5。織女星與另外兩顆亮星，一個是在全天21顆最亮恆星表中名列第12的天鷹座的牛郎星，另一個是名列第20的天鵝座的天津四，三顆亮星組成了著名的夏季大三角。織女星在銀河的西岸，牛郎星在銀河的東岸，兩星隔著銀河遙遙相望，而天津四則在朦朦朧朧的銀河當中熠熠發光。夏季大三角在夏夜星空中特別醒目，我們通過夏季大三角很容易就能找到織女星和天琴座。環狀星雲M57就隱藏在明亮的織女星東南方大約7度遠的地方。
環狀星雲的視直徑僅1′多，視星等為9.3等，距離我們1410光年。環狀星雲美麗異常，而且用小型望遠鏡就能觀測到，因此它成為廣大天文愛好者最喜愛觀測和拍攝的對象之一。在小型望遠鏡中，它是什麼樣子呢？當年赫歇爾描述它是“一個有洞穴的星雲或者是星環”，“星雲中心有一個對稱的同心的黑斑。星雲可能是由恆星組成的星環，呈橢圓形，短軸與長軸之比約為83:100。”
在現代大型天文望遠鏡里，M57是一個非常美麗動人的橢圓形光環。光環的內邊緣為淡綠色，外邊緣為紅色，兩邊緣之間的中間部分是淡淡的黃色，宛如一個精工細作的工藝品戒圈。因此也有人稱它為指環圈星雲。環的中心有一顆目視星等為14等的白矮星，它就是環狀星雲的中心星，是一顆表面溫度高達十幾萬度的高熱星。在中心星的輻射下，環繞在中心星周圍的星雲物質中的氣體原子受到激發而發光，不同的氣體原子發出不同顏色的光。環的內邊緣距中心星較近，紫外輻射較強，星雲氣體中的氧和氮原子受激發出綠色的光；環的外邊緣距中心星較遠，紫外輻射弱一些，星雲氣體中的氫原子受激發出紅色的光。
天文學家還發現，環狀星雲事實上是一個球狀星雲，由于我們是從遙遠的地方去看這個球狀的氣體殼層，顯然，我們看到的星雲外圍部分的物質要比中心部分的厚得多。因此，我們就將這個球狀氣體星雲看成了環狀星雲。
恆星死亡以後穿上的漂亮壽衣
行星狀星雲究竟是一種什麼性質的天體？它是從哪一種天體演化過來的？它將來又會演變成什麼樣子？環狀星雲發現之後有關它的一連串宇宙之謎就一直令天文學家牽腸掛肚。
天文學家通過對行星狀星雲長期的觀察和研究後發現，像環狀星雲一樣，其他行星狀星雲的中心也都有一顆溫度很高的恆星，這是星雲的中心星。大多數行星狀星雲都呈繞中心星對稱的圓環狀或圓盤狀。有些行星狀星雲還具有縴維、斑點、氣流及小弧等比較復雜的結構。行星狀星雲是氣體星雲，這些氣體都在不斷地向外膨脹，膨脹速度約為10∼50千米/秒。由于不斷膨脹，星雲物質的密度就會越來越小，最終必將完全消失在廣袤無垠的宇宙之中，到那時行星狀星雲也就壽終正寢了。按照行星狀星雲的膨脹速度推算，它們的壽命只有幾萬年。在已有150億年歷史的宇宙中，行星狀星雲的壽命實在是太短暫了。
天文學家還發現行星狀星雲的紅外輻射非常強，遠遠超過了可見光，和紅巨星有許多相似之處。由此，天文學家想到它們是紅巨星晚期演化的產物。長期的觀測和研究證實了這一點。紅巨星是與太陽相類似的主序星晚期演化的產物。當主序星中心部分的氫燃燒完後，都變為氦。氦核聚變要求更高的溫度，如果恆星的質量不夠大，中心溫度滿足不了氦聚變反應的條件，熱核反應就暫時停止了。中心部分不能源源不斷地提供能量，輻射壓大大降低，導致引力大于向外的壓力，恆星將會因抗衡不住引力而坍縮。坍縮的結果又導致中心部分溫度驟增，同時也加熱了中心區外圍的大氣。緊靠恆星中心部分的外圍區域由于溫度的增高又開始氫核聚變反應，並且核反應迅速向外層轉移，推動外層膨脹，使得恆星體積很快增大上千倍以上，就像吹氣球似地很快膨脹起來。由于體積增大而導致溫度下降、顏色變紅。這樣，這顆恆星就變成了又大又紅的紅巨星。我們的太陽未來也會演變成一顆紅巨星。
在紅巨星階段，大氣逃離速度比較慢，約為10千米/秒，經過幾百萬年把紅巨星的大部分大氣帶走，使中心星裸露出來。中心星是在坍縮過程中形成了致密的白矮星，它們的星風速度很快，可達2000千米/秒，很快就能趕上紅巨星以前跑掉的物質。速度快的星風追趕上以前的慢速度星風，兩者相互作用就形成行星狀星雲的氣殼，即變成了美麗的行星狀星雲。因此，有人將行星狀星雲形象地比喻成恆星死亡以後穿上的漂亮壽衣。
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文章作者:溫學詩
責任編輯:skylook
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