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啞鈴星雲
（2006年05月30日 17:26:16）
來源︰《太空探索》
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□作者: 溫學詩
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我們在前幾期連續給大家介紹了幾個明亮的球狀星團，本期我們奉獻給大家的是全天最美麗的行星狀星雲——狐狸座啞鈴星雲。啞鈴星雲在梅西葉星表中排在第27位，故簡稱M27，在NGC星表中排在第6853位，因此也叫NGC6853。它是最早發現的行星狀星雲，也是最明亮最美麗的行星狀星雲。許多天文愛好者都把它做為觀察和拍照的最佳選擇。
啞鈴星雲在哪里？
要知道啞鈴星雲的位置，我們當然首先要知道狐狸座在哪里。提起狐狸座，大家似乎並不是太熟悉。確實，狐狸座不是古希臘劃分的星座，它是在1660年，由波蘭天文學家赫維留斯建議設立的。因此與星座相關的希臘神話故事中沒有狐狸這個角色。狐狸座是一個很小的星座，按大小排列位居全天88個星座的第55位。位于天赤道附近，明亮的銀河區域。它的北邊是著名的天鵝座和天琴座，南邊是海豚座和天箭座，東邊是飛馬座，西邊是武仙座。
每年夏季是觀察狐狸座的有利時機。但是，狐狸座非常暗淡，這里根本就沒有比較顯眼的亮星，這個星座中最亮的一顆星——狐狸座α星的視星等僅僅只有4.4等。不過沒有關系，我們利用明亮的夏季大三角，可以比較容易找到這個暗弱的小星座。夏季大三角是夏季星空最醒目的特征，是由天琴座α星（織女星）、天鵝座α星（天津四）和天鷹座α星（牛郎星）這三顆超級明亮的恆星組成的。織女星位于銀河的西岸，牛郎星在東岸，天津四正好在淡淡的銀河中發出耀眼的光芒。而我們今天的主角狐狸座就位于天津四和牛郎星這兩顆亮星的中間。
那麼，啞鈴星雲又在哪兒呢？我們假想將天津四和牛郎星這兩顆亮星連接起來，並將這條連線分成5等份。從牛郎星開始數2等份，再從2等份的地方往西挪2度，啞鈴星雲就在那兒了。
啞鈴星雲的風采
啞鈴星雲是大家公認的行星狀星雲當中最美麗的一個。其實，它在行星狀星雲當中並不是最大的，也不是最亮的，然而一些較大的行星狀星雲很暗，而一些較亮的行星狀星雲又很小，如此一來，啞鈴星雲成為行星狀星雲當中的佼佼者。1764年，法國天文學家梅西葉首先發現了它。它的視亮度為7.6等，在天空中的張角大約是8′×4′ ，距離大約是1000光年。當然，人們認為這個距離並不精確，目前，一項利用哈勃空間望遠鏡進行的測量工作正在展開，希望能夠得到更準確、更可靠的啞鈴星雲的距離。
1764年7月12日，梅西葉首次觀測到它時，留下了這樣的描述︰“這是一個沒有恆星的雲霧狀天體，通過口徑９厘米的望遠鏡很容易觀測到它。它的外形呈卵形，其中沒有任何恆星……”顯然，梅西葉沒有觀察到啞鈴星雲的中心星。我們現在知道，行星狀星雲是類太陽恆星演化到晚期以後的產物。演化到晚期的類太陽恆星經過膨脹成紅巨星的階段以後又會收縮成為白矮星，並拋射出大量氣體，形成了行星狀星雲。因此，每一個行星狀星雲的中心都有一顆白矮星。啞鈴星雲的中心星是一顆亮度僅為12等的白矮星，難怪梅西葉沒有看到它了。
啞鈴星雲很漂亮，它的形狀長而兩端寬圓，很像兩把打開的折扇對頂在一起，看起來又好似一只體育鍛煉用的大啞鈴，因此人們賦予了它這個形象的名稱。有人試過即使在中等良好的天空條件下，這個天體在他的10×50雙筒鏡中也表現得很令人滿意。通過口徑15厘米的小型天文望遠鏡就能欣賞到啞鈴星雲清晰美麗的形象。如果有一架口徑更大一些的天文望遠鏡，那麼我們還可能看到這個美麗的啞鈴還有一個延伸出去的暗暈，其張角超過15'。
行星狀星雲的形狀之謎
啞鈴星雲是行星狀星雲中的一個。行星狀星雲是一類很特殊的非常美麗的氣體星雲。天文學家估計在銀河系中共有四、五萬個行星狀星雲，目前已發現大約2000個。在銀河系的近鄰星系如大麥雲、小麥雲和仙女座大星雲中也發現了一些行星狀星雲。
行星狀星雲一般都比較暗，只能用望遠鏡進行觀測和認證。通過大望遠鏡可以看出行星狀星雲中心的那顆體積很小、溫度很高的中心星。大多數行星狀星雲都呈繞中心星對稱的圓環狀或圓盤狀、橢圓狀，或者是蝴蝶狀，每一個都是那麼嫵媚動人。行星狀星雲是氣體星雲，這些氣體是在中心星強烈的紫外輻射的激發下發光發亮的。星雲在不斷地膨脹，速度約為10∼50千米/秒。星雲的內部物質稀薄，而邊緣則比較稠密。
但是，我們看到的行星狀星雲的形狀，那是它們在天球上的投影。它們的真實形狀是什麼樣子呢？這一直是一個未解的宇宙之謎。
在加拿大卡爾加里大學的加籍華人教授郭新先生是行星狀星雲領域的權威專家。近年來，郭新教授等人利用最先進的望遠鏡對行星狀星雲作了更深入的研究後發現，所有的行星狀星雲的結構基本上都是相似的。它們基本上都呈蝴蝶狀，因為它們是以不同的角度對著我們，我們看上去它們就變成了各種不同的形態。比如由赫歇爾發現的第一個行星狀星雲M57，它的形狀也是蝴蝶狀，由于我們從它的側面看，它就成了環狀。假如它是正面對向我們，那它就不會有環狀星雲的名稱了。郭新教授給出一幅示意圖，使我們一目了然，並且他將行星狀星雲統稱為太空蝴蝶。
太空蝴蝶是怎樣形成的？
行星狀星雲是紅巨星晚期演化的產物，而紅巨星又是質量和太陽相當的這一類小質量恆星演化晚期所經歷的一個重要的階段。紅巨星是不穩定的星，大約能維持10億年左右。當紅巨星中心區域的核燃料燃燒殆盡，輻射壓大大降低，遠遠不能與引力相抗衡，導致中心區域坍縮，形成白矮星。白矮星是恆星晚期演化的三個可能歸宿之一，其他兩個歸宿是中子星和黑洞。紅巨星的星風非常強，外層大氣的逃離速度大約為10千米/秒，經過幾百萬年會把紅巨星的大部分大氣都帶走，使中心的白矮星裸露出來。白矮星的星風速度更快，可達2000千米/秒，很快就能趕上紅巨星拋出的物質。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和一些復雜的結構。郭新教授形象地稱之為“鏟雪”理論。
由于不斷膨脹，星雲物質的密度會越來越小，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3萬年左右。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，這也就是銀河系擁有2000億個恆星，而行星狀星雲僅有幾萬個的原因。
那麼，紅巨星是圓球形的，它演變成行星狀星雲時為什麼會變成蝴蝶形呢？它是在什麼時候變成了蝴蝶形？這是郭新教授多年來一直潛心研究的課題。他和同事們利用目前世界上一批高質量的紅外望遠鏡發現了30多個剛剛從紅巨星脫胎換骨變成的年輕的行星狀星雲，比如水蓮星雲、胡桃星雲等，並將這些行星狀星雲命名為前行星狀星雲。他發現這些前行星狀星雲已經呈蝴蝶狀，說明蝴蝶狀早就形成了。行星狀星雲的形成過程就像飛蛾從蛹中飛出來一樣，真是令人難以置信，但這就是事實。從圓球形的紅巨星變成蝴蝶形的行星狀星雲大約需要一兩千年的時間。然而，圓球形的紅巨星為什麼能變成蝴蝶形的行星狀星雲呢？是什麼樣的物理機制能使“圓球”蛻變成“蝴蝶”？目前，這個宇宙之謎尚無令人滿意的解釋。
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文章作者:溫學詩
責任編輯:skylook
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