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星云

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鹰星云的创生之柱。
鹰星云创生之柱
三角座的发射星云:Garren Nebula NGC 604。
三角座的发射星云:Garren Nebula NGC 604
NASA制作的蟹状星云短片。
NASA制作的蟹状星云短片。

星云(源自拉丁文的:nebulae或nebulæ,与ligature或nebulas,意思就是“云”[1])是宇宙尘气、气、和其他等离子体聚集的星际云。原本是天文学上通用的名词,泛指任何天文上的扩散天体,包括在银河系之外的星系(一些过去的用法依然留存著,例如仙女座星系依然使用爱德温·哈伯发现它是星系之前的名称,被称为仙女座星云)。星云通常也是恒星形成的区域,例如鹰星云,这个星云刻画出NASA最著名的影像,即创生之柱。在这个区域形成的气体、尘埃和其他材料挤在一起,聚集了巨大的质量,这吸引了更多的质量,最后大到足以形成恒星。据了解,剩馀的材料还可以形成行星行星系的其它天体。

历史

存在于玛雅的证据显示,在望远镜发明之前就已经知道星云的存在。与天空中的猎户座有关的神话支持这一个理论:神话中提到天空周围有著熊熊的炉火[2]

大约在公元150年,托勒密在他著作的天文学大成这本书的第7卷和第8卷写道:五颗星出现在云中。他还注意到在大熊座狮子座之间存在著与任何星星都没有联系的云气[3]。第一次真正的提到星云,有别于星团,是波斯天文学家阿卜杜勒-拉赫曼·苏菲恒星之书 (964)[4]。他注意到在仙女座星系位置上的一朵小云[5]。他还记录到船帆座o的星群是是一个模糊不清的恒星,还有其它的天体,像是衣架星团[4],被阿拉伯中国天文学家在公元1054年观测到的超新星SN 1054,创造的蟹状星云[6][7]

不知道是甚么原因,苏菲没有注意到猎户座星云,这个至少和仙女座星系同样著名的夜空天体,尼古拉斯-克劳德·佩雷斯克英语Nicolas-Claude Fabri de Peiresc在1610年11月26日,使用望远镜发现的猎户座星云。这个星云也在1618年被让-巴蒂斯特·齐扎特观测过。然而,直到1659年惠更斯首度详细的研究猎户座星云,他还认为自己是第一个发现这个星云的人[5]

在1715年,爱德蒙·哈雷发表有六个星云的报告[8],在1746年被让-菲利浦·德·舍索英语Jean-Philippe de Chéseaux增加到20个(包括8个以前不知道的),并且这个数量在世纪中稳定的增加。从1751-1753年,在好望角编制了有42个星云的目录,其中大多数是以前不知道的。然后,夏尔·梅西耶在1781年编制了有103个星云星团的目录,虽然他这样做的目的是避免在搜寻彗星时误认了这些星云[9]

星云的数量在威廉·赫歇耳和他的妹妹卡罗琳·赫歇尔的努力下,数量有了大量的增加。他们一千个新星云和星团目录在1786年出版,在1789年出版了第二本,第三本也是最后一本,收录了510个在1802年出版。在做了这么多的工作之后,威廉·赫歇耳认为星云只是未能解析的星团。然而,他在1790年发现一颗被星云包围著的恒星,并得出这是一个真正星云的结论,而不是遥远的星团[9]

在1864年初,威廉·哈金斯检查了大约70个星云的光谱,他发现三分之一都有气体的吸收谱线,其馀的则显示连续的光谱,因此认为包含了大量的恒星[10][11]。在1912年,当维斯托·斯里弗显示包围著昴宿五的星云有著和疏散星团昴宿星团一样的光谱之后,目录中添加了第三类星云:星云辐射的光是反射的星光[12]

斯里弗和哈伯继续收集许多弥漫星云的光谱,发现29个是发射光谱,和33个是与恒星一样的连续光谱[11]。在1922年,哈伯,宣布几乎所有的星云都与恒星有著关联,并且是被恒星照亮的。他也发现有发射光谱的星云几乎都与光谱是B1或更热的恒星有关(包括所有O型主序星),而与连续光谱星云有关的都是温度较低的恒星[13]。哈伯和亨利·诺利斯·罗素两人都推论高温的恒星以某种方式改变了周围的星云[11]

形成

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许多星云或恒星都是在引力坍缩星际介质气体或ISM中形成的。当物质因为本身的重量而坍缩时,在中心可能会形成大质量的恒星,而且它们的紫外线辐射会造成周围的气体电离,使它们发射出可见光的波长玫瑰星云鹈鹕星云就是这种星云的例子。这些星云的小,就是所谓的电离氢区,会依据原来分子云的大小而有所不同。它们位于恒星诞生区,而形成的恒星经常是所知的那些年轻、松散的集团。

有些星云的形成是大质量、生命短暂的恒星发生超新星爆炸的结果。从超新星爆炸抛射出来的物质是被高能量电离的,而且它还会产生致密物质。在这之中,金牛座蟹状星云就是最著名的例子。这个超新星事件发生在西元1054年,所以被标记为SN 1054,被创造的致密物质就是位于蟹状星云中心的中子星

另一种可能形成的星云是行星状星云,这是低质量恒星生命的最后阶段,像是地球太阳。质量上限大约是8-10倍太阳质量恒星,会演化成为红巨星,并且外层的大气层在胀缩时,会以缓慢的速率流失质量。当恒星失去了足够的物质之后,它表面的温度会升高,而且它发射出的紫外线会使早先被抛出而环绕在周围的气体被电离。这种星云的97%是,3%是,其馀的则是微量但可侦测到的物质。在这一阶段的主要功能是完成平衡。

星云的种类

传统的类型

星云传统上分为4种主要的类型(与恒星有关)。星系和球状星团以前也被认为是另一种星云,螺旋星云被用来解释星系的螺旋构造。

  • 弥漫星云,其中包括暗星云、亮星云和反射星云。
  • 行星状星云
  • 超新星残骸

这样的分类并未包括所有已知的云状结构,像是赫比格-哈罗天体

弥漫星云

Ω星云,是发射星云的例子。
Ω星云,是发射星云的例子。
马头星云,是暗星云的例子。
马头星云,是暗星云的例子。

反射星云是在恒星的弥漫星云的例子。

大多数的星云都可以被描述成弥漫星云,这意味著它们是扩散的,没有明确的边界[14]。在可见光下,这些星云可以再细分为发射星云反射星云,这种分类法取决于我们看它是如何发光的。发射星云包含电离的气体(多数是离子),它们发射出谱线[15]。这些发射星云经常被称为电离氢区;职业的天文学家经常使用HII来表示这些电离的氢。相对于发射星云,反射星云本身几乎不会产生可见光,他仅是反射邻近恒星的光[15]

暗星云也与弥漫星云相似,但它似乎既不发射也不反射任何光线,取而代之的是,它们是在更遥远的恒星前面或发射星云前面的黑暗云气[15]

虽然这些星云在可见光中有著不同的波长,但是它们的光源都来是红外线波长。这些辐射主要来是星云内部的尘埃[15]

行星状星云

行星状星云是低质量渐近巨星分支的恒星转化成白矮星时,从外壳抛出的气体形成的星云[15]。这些星云发射出的光谱类似于在恒星形成区域发现的星云所发出的光谱[15]。技术上,因为多数的都是电离的,因此它们是HII区。但是,行星状星云的密度比恒星形成区的星云更高和更紧密[15]。它们被称为行星状星云是因为天文学家初次看见这些天体时,认为这些星云像是行星的盘面,虽然它们与行星没有任何关联。相信我们的太阳在诞生120亿年后会成为其中的一员[16]

原行星云

红矩形星云,是原行星云的例子。
红矩形星云,是原行星云的例子。

原行星云(PPN)是介于晚期渐近巨星分支(LAGB)阶段和随后的行星状星云(PN)阶段之间,当恒星快速的进行演化而短暂存在的一种天体[17]。在AGB阶段,恒星经历质量的损失,释出由氢气形成的星周壳。当这个阶段结束时,恒星就进入PPN阶段。

PPN因为中心的恒星而充满活力,使它发射出强烈红外线辐射而成为反射星云。当来自中心被污染的恒星风形成和冲击外壳成为轴向对称的型式,同时生成快速移动的分子风[18]。当PPN成为行星状星云的精确点取决于中央恒星的温度。PPN的阶段会持续至中心恒星的温度达到30,000K之后,这是热得足够使周围气体电离的温度[19]

超新星残骸

大质量恒星抵达生命的终点时会成为超新星。当在核心的核融合停止,恒星会坍缩。墬入内部的气体不是从核心被强烈的反弹就是获得大量的能量,因而导致恒星爆炸性的向外扩展[15]。膨胀的气壳形成超新星残骸,一种特别的弥漫星云[15]。虽然有许多可见光和X射线辐射源自超新星残骸电离的气体,但大量的电波发射是来自被称为同步辐射的非热辐射[15]。这种辐射源自高速电子磁场内的振荡。

著名的星云

星云表

相关条目

参考资料

  1. ^ Online Etymology Dictionary. etymonline.com. 
  2. ^ Krupp, Edward C. (1999), Igniting the Hearth, Sky & Telescope(February):94
  3. ^ Kunitzsch, P., A Medieval Reference to the Andromeda Nebula (PDF), Messenger, 1987, 49: 42–43 [2009-10-31], Bibcode:1987Msngr..49...42K 
  4. ^ 4.0 4.1 Kenneth Glyn Jones. Messier's nebulae and star clusters. Cambridge University Press. 1991: 1. ISBN 0521370795. 
  5. ^ 5.0 5.1 Harrison, T. G. The Orion Nebula —where in History is it. Royal Astronomical Society Quarterly Journal. March 1984, 25 (1): 70–73. Bibcode:1984QJRAS..25...65H. 
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  7. ^ Mayall N.U. (1939), The Crab Nebula, a Probable Supernova, Astronomical Society of the Pacific Leaflets, v. 3, p.145
  8. ^ Halley, E. An account of several nebulae or lucid spots like clouds, lately discovered among the fixt stars by help of the telescope. Philosophical Transactions. 1714–16, XXXIX: 390–2. 
  9. ^ 9.0 9.1 Hoskin, Michael. Unfinished Business: William Herschel’s Sweeps for Nebulae. History of Science. 2005, 43: 305–320. Bibcode:2005HisSc..43..305H. 
  10. ^ Watts, William Marshall; Huggins, Sir William; Lady Huggins. An introduction to the study of spectrum analysis. Longmans, Green, and co. 1904: 84–85 [2009-10-31]. 
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  12. ^ Slipher, V. M. On the spectrum of the nebula in the Pleiades. Lowell Observatory Bulletin. 1912, 1: 26–27. Bibcode:1912LowOB...2...26S. 
  13. ^ Hubble, E. P. The source of luminosity in galactic nebulae.. Astrophysical Journal. December 1922, 56: 400–438. Bibcode:1922ApJ....56..400H. doi:10.1086/142713. 
  14. ^ The Messier Catalog: Diffuse Nebulae. University of Illinois SEDS. [2007-06-12]. (原始内容存档于1996-12-25). 
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  16. ^ E. Chaisson, S. McMillan. Astronomy: a beginner's guide to the universe 2nd. Upper Saddle River, New Jersey: Prentice-Hall. 1995. ISBN 0-13-733916-X. 
  17. ^ R. Sahai, C. Sánchez Contreras, M. Morris. A Starfish Preplanetary Nebula: IRAS 19024+0044. Astrophysical Journal. 2005, 620: 948–960. doi:10.1086/426469. 
  18. ^ Davis, C. J.; Smith, M. D.; Gledhill, T. M.; Varricatt, W. P. Near-infrared echelle spectroscopy of protoplanetary nebulae: probing the fast wind in H2. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 2005, 360 (1): 104–118. doi:10.1111/j.1365-2966.2005.09018.x. 
  19. ^ Volk, Kevin M.; Kwok, Sun. Evolution of protoplanetary nebulae. Astrophysical Journal, Part 1(ISSN 0004-637X). July 1, 1989, 342: 345–363. doi:10.1086/167597. 

外部链接

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