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宇宙星云图片|宇宙星云和其各种颜色是怎样形成的

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时间:

2020-03-20

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  当你仰望苍穹的时候,可曾想过这些仿佛亘古既有的星辰来自何方、终于何处?星云,在我们已知的宇宙里,所有的星辰都来自它,也大多终于它。早在古典时代,夜空被灯光遮蔽之前,人类就观察到了这些飘渺的存在,但是直到最近一个多世纪,我们才大致明白星云是什么:是弥漫在星际之间的气体和尘埃,氢和氦是它们最主要的成分。

宇宙星云和其各种颜色是怎样形成的

  星云按照形态分为什么

  传统上,星云按照形态区分成弥漫星云、行星状星云和超新星遗迹这几类。

  其中,弥漫星云笼统地包含了那些没有明显边界的星云,例如猎户座的火焰星云(NGC 2024),直径6光年左右;天蝎座的猫爪星云(NGC 6334),直径40光年左右,人马座的礁湖星云(NGC 6523),直径140光年左右,不胜枚举。

  它们如烟如雾,在天文摄影不同的滤镜和着色下展现出梦幻且神秘的色彩。

  行星状星云要明确得多,它们是中等质量恒星演化至老年,在红巨星阶段向外膨胀出的壳状大气,直径数光年,并且受到内部残骸的激发而发出明亮鲜艳的光。

  由于相似的演化历程,它们的结构往往很类似,内部通透,外层明亮,中心对称,犹如一颗行星,但最终会瓦解成弥漫星云,将恒星未利用的和新制造的元素还给星际。

  特别的,在红巨星演化成行星状星云之前,还会经历一个喷发阶段,被糟糕地称作“原行星云”。由于大量物质从恒星两极释放出来,常常呈现出独特的X形。

  超新星遗迹是行星状星云的增强版,当一个大质量恒星在演化晚期以超新星形式爆发的时候,留下的残骸就是超新星遗迹,比如节目中多次露面的“蟹状星云”——它们常有斑斓的湍流结构,核心的中子星会成为强劲的辐射源,比如仙后座A是银河系内最年轻的超新星遗迹,距离地球1.1万光年之远,却是天空中除太阳以外最强的射电源。

  但是除了大质量的恒星,白矮星也可能吞噬伴星然后爆发成超新星,这样的超新星遗迹大多呈现出明显的壳层状,外层来自白矮星形成时的爆发,内层来自超新星的爆发,没有致密的辐射核心,第谷超新星(SN 1572)是最典型的案例——但无论哪种超新星遗迹,最后都会流散成弥漫星云,将大量金属元素播撒在宇宙中。

  同时,一些超大质量恒星在超新星爆发之前会进入一个极度明亮并大量抛射物质的阶段,这些喷出的物质会笼罩在恒星周围,并逐渐被恒星吹大,形成一个气泡状的星云,称为沃尔夫–拉叶星云。

  我们已经认识了这样多的星云,但糟糕的是,星云在不同的领域有不同的分类方式,比如在天文爱好者的观测中,星云更常按照发光方式分为发射星云、反射星云和暗星云。

  其中发射星云是因为高温或者激发而发出可见光的星云,可能是传统分类中的任何一种星云;反射星云和暗星云都是不能发出可见光的星云,区别就在于前者因为反射了周围的星光而被我们看到,后者则是遮挡了星光才被我们看到。

  它们大多是温度较低的弥漫星云,总是相伴出现,并与发射星云混合起来,构成一些恢弘的场面,除了猎户座大星云与附近的马头星云,船底座大星云中的上帝手指也是著名的例子。

  然而在天体物理中,我们用气体的温度、密度、电离程度等区分它们,最常见的称谓比如分子云、中性氢区即H I区、电离氢区即H II区,涵盖了更大尺度的结构,比如整个猎户座都被猎户座分子云覆盖,它涵盖数百光年的空间,有几十万个太阳那么重,占据了夜空4%以上——猎户座大星云只是猎户座分子云在猎户两腿之间的一小部分。

  这样巨大的结构会在引力下收缩加热,或者被恒星加热,氢分子解体成氢原子,就是中性氢区,我们常在星系合并时的潮汐结构中观察到它们。

  而在更高的温度下,氢原子变成氢离子,就是电离氢区,所有的发射星云都可能是电离氢区,它们是恒星的摇篮,又在创生之柱这样的阴暗结构中爆发出新的生命——但那就是另一个磅礴的故事了。

  下面列几种星云

  1.暗星云

  明亮的弥漫星云之所以明亮,是因为有一颗或几颗亮星的照耀。如果气体尘埃星云附近没有亮星,则星云将是黑暗的,即为暗星云。

  暗星云由于它既不发光,也没有光供它反射,但是将吸收和散射来自它后面的光线,因此可以在恒星密集的银河中以及明亮的弥漫星云的衬托下发现。

  2.超新星遗迹

  超新星遗迹也是一类与弥漫星云性质完全不同的星云,它们是超新星爆发后抛出的气体形成的。与行星状星云一样,这类星云的体积也在膨胀之中,最后也趋于消散。

  最有名超新星遗迹是金牛星座中的蟹状星云。它是由一颗在1054年爆发的银河系内的超新星留下的遗迹。在这个星云中央已发现有一颗中子星,但因为中子星体积非常小,用光学望远镜不能看到。它是因为它有脉冲式的无线电波辐射而发现的,并在理论上确定为中子星。

  3.弥漫星云

  弥漫星云是星际介质集中在一颗或几颗亮星周围而造成的亮星云,这些亮星都是形成不久的年青恒星。弥漫星云呈现为不规则的形状,犹如天空中的云彩,但是它们一般都得使用望远镜才能观测到,很多只有用天体照相机作长时间曝光才能显示出它们的美貌。

  4.行星状星云

  行星状星云呈圆形、扁圆形或环形,有些与大行星很相像,因而得名。这类星云与弥漫星云在性质上完全不同,它们是如太阳差不多质量的恒星演化到晚期,核反应停止后,走向死亡时的产物。这类星云的体积在膨胀之中,最后趋于消散。在行星状星云的中央,都有一颗高温恒星,称为行星状星云的中央星。这是正在演化成白矮星的恒星。

  星云

  星云是由宇宙中的尘埃及气体所形成的,其主要成分是氢气。简单来说,可分为四类:发射星云、反射星云、暗黑星云及行星状星云。

  发射星云

  发射星云是受到附近炽热光量的恒星激发而发光的,这些恒星所发出的紫外线会电离星云内的氢气(Hii regions),令到它们发光。在天空中有很多为人熟悉的发射星云,如M42猎户座大星云,其目视星等为4等,肉眼可见。它距离我们1600光年,而直径为30光年。利用小口径望远镜已能轻易观测得到气状的情况以及位於其中心部分的四合星(利用大口径望远镜可看到六颗),这四合星是在猎户座大星云中心形成的。

  反射星云

  反射星云与呈红色的发射星云不同,反射星云是靠反射附近恒星的光线而发光的,呈蓝色。反射星云的光度较暗弱,较容易观测到的例子是围绕著金牛座M45七姊妹星团的反射星云,在透明度高及无月的晚上,利用望远镜便可看到整个星团是被淡蓝色的星云包裹著的。

  暗黑星云

  暗黑星云本身不会发光,亦没有恒星包含其中,而它能够被发现是由於它遮挡了背景的星云或恒星的光线,从而给我们看到的。著名的几个暗黑星云如南天的煤袋星云和北天猎户座里的马头星云(B33)。马头星云更被业余的天文同好视为目视深空天体观测之终极。本港观测过马头星云的天文同好不超过十人,原因是要看到它,非要借助大口径望远镜不可。

  行星状星云

  与先前提及的三类星云不同,行星状星云是恒星晚年时的产物。透过望远镜观测,大部分行星状星云呈像行星般的圆盘状,实则与行星没有任何关系。

  当一颗低质量恒星步入晚年时便会膨胀成红巨星,而当膨胀至某一程度,便会再次向内塌缩,在这过程之中,部分物质会继续向外膨胀,形成气壳(即我们所说的行星状星云),而中心则会形成白矮星。普遍行星状星云的「生命」是十分短暂的,通常这些气壳会在数万年之内便会逐渐消失。不是所有行星状星云都是呈圆面的,有些行星状星云的形状十分独特,如位於狐狸座的M27哑铃星云及英仙座中M76小哑铃星云等。

  结语:

  天文地理学是距离生活最遥远的基础科学,这种遥远甚至可以测量出来——距离我们最近的天体是月球,38.5万公里。

  但是即便在光都要耗费成千上万年才能抵达的遥远地方,仍然充满了让我们神往的存在,星辰,人类永远地仰望着它们,我们想知道这些仿佛永恒的事物从何而来,终结于何处。

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