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宇宙中的“星云”有那些种类

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发表于 2017-12-5 23:11:26 | 显示全部楼层 |阅读模式
  用肉眼或用望远镜看星空,可以看到一些相对于恒星背景保持着固定位置的、朦胧发亮的光斑或暗斑,一般把它们称为星云。通过研究发现,有些所谓星云实际上是处于银河系之外的星系,例如著名的仙女座大星云就是比我们银河系更大的河外星系。这里只讨论处于银河系之内的星云——银河星云。银河星云,也称作河内星云,简称星云。

  星云是由存在于银河系内星际空间中的气体和尘埃所组成的云雾状天体,其形态不一,发光情况也不同,是天文爱好者最喜欢观赏和拍摄的天体之一。星云按其形态不同分为弥漫星云、行星状星云和超新星遗迹。

  一、弥漫星云

  弥漫星云的形状很不规则,常常没有明显的边界。其质量相差很大,大的超过几千个太阳质量,小的只有太阳的几分之一。它们在银河系中的分布也不均匀,但都在银道面附近。弥漫星云按其发光性质可分为发射星云、反射星云和暗星云三类。其中发射星云与反射星云都是亮星云。现在,我们依次对它们予以介绍。

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  1.发射星云

  所谓发射星云是指光谱具有明亮的发射线的星云。这些星云经常与炽热的、具有B1型光谱或更早一些光谱型的恒星联系在一起,恒星发射的紫外光线电离了星云中的氢原子。除氢外,其他的元素,例如氦、氧和氮也可能存在。单个O型星能将半径为100秒差距左右的范围内的所有氢电离,B0型恒星电离效应的半径达25秒差距,这个球半径(称作斯特龙根球,是在丹麦天文学家斯特龙研究了它们的性质后命名的)依赖于星云的密度,这种星云和呈现的恒星光谱一样,在它的光谱中也出现了发射线。猎户座大星云是已知发射星云中最好的一个例子。

  对猎户星座腰间处的恒星周围区域进行长时期的曝光,得到的照片上显示出浅绿色的星云状物质,在天空中足足延伸了1°。这个星云本身能够分解成一群非常热的O型恒星群。所以它的光谱是一个含有氢、电离氦、氧和其他元素的发射光谱。

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  2.反射星云

  反射星云与发射星云同属亮星云,但发光机制不同,光谱不同。发射星云是受激发光,反射星云则仅仅是简单地反射和散射近旁照亮星的光而变得明亮可见,由此而得名反射星云。观测表明,反射星云的光谱都晚于B1型,而发射星云都早于B1型。反射星云所展现的光谱是由暗线交织成的连续光谱。金牛座昴星团的照片显示出在这群恒星中最明亮的六个恒星周围展现出反射星云物质。

  星云中散射的原因可以推断出来。原子散射可以不予考虑,因为在这些星云中为了产生有效的散射,需要非常高的气体云密度,又因为反射星云的颜色和它的恒星是如此相似,这就表明散射并非由产生强散射波段类型的分子所造成。

  因此,引起这种可被观测的散射的粒子必然比分子大,这种粒子一般称作尘埃。甚至尘埃粒子的成分和形状也可以推断出来。因为包含它们的星云具有高反照率,而在宇宙中氢又是最丰富的元素,所以可以认为这些粒子可能是由氢的固态化合物所组成。关于偏振的研究进一步表明,尘埃微粒的形状是不规则的。它们因受到微弱的星际磁场作用而被拉长并呈现出线状排列。

  3.暗星云

  众所周知,星际物质吸收光,会使恒星显得比按照它们实际距离的亮度要暗一些。但是,在某些方向上,这种吸收是如此的强烈,以至把恒星发出的光完全消除了。因此,在这个特殊的方向上几乎看不到什么恒星。这些厚厚的尘埃气体云就是暗星云。另外,如果在尘埃气体云的附近不存在足够明亮的恒星,那么这样的星云也将是暗的。猎户星座中的马头星云、天鹅星座中的北美星云和盾牌星座中的M16都是暗星云的例子。

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  已经提到,某些亮星云有的部分看上去被暗星云所遮蔽。对处于这种情况下的暗星云作进一步观察,发现具有强烈吸收能力的物质经常是以角直径很小的暗球形式出现。许多天文学家已经提出,这些球状体代表恒星形成前物质坍缩的初始状态。按照他们提出的设想,这种球状体是在来自各个方向的电磁辐射的压缩作用下由气体与尘埃物质收缩形成的。在某个阶段以后,重力变得重要了,因而球状体开始坍缩,温度不断增加,然后开始进行使它发光成为恒星所需要的核反应。相对于恒星整个一生来说,尘埃气体云坍缩的时间是非常短促的。也许短到足以在数年中通过照相记录的方法看到它的变化。已有报道显示,有一种被称作赫比格—阿罗天体的星云状天体,它们的形状在几年时间内就发生了变化,变得更加趋于球形了,也许它们是最早被观测到的恒星诞生的证据。

  在这方面,值得一提的是,已经发现猎户座FU星在很短的时间内经历了显著的变化,这颗恒星是在离猎户座星云很近的地方发现的。在1936年,当它第一次被拍摄下来时,它是一颗非常暗淡的恒星,约为16等星,不到1年它的亮度增加到10等星。自此之后,这颗恒星稳定地保持着它的亮度。根据林忠四郎的理论工作,可以预计,恒星在引力坍缩开始时速度是非常缓慢的,但是在最后阶段会引人注目地加速起来。因此猎户座FU有可能是一颗已经观测到的经历了重力坍缩最后阶段的恒星。现在天文学家对于猎户座星云和其他星云中的类似事件,正予以密切的关注。

  二、行星状星云

  这种星云在望远镜中呈现为中心有亮点而四周有一个圆环状气壳外形的天体,类似于行星与其大气,所以称为行星状星云。这类天体的名字常会使人产生很大的误解,因为行星状星云与行星没有关系,事实上也与太阳系无关。

  在行星状星云中心都有一颗很热的恒星,称为星云的核,环状外壳通常是一个透明发光物质构成的球或椭球。但也有一些行星状星云显示出复杂的结构,那儿的壳可能不是严格的球形,而是一系列的壳。中心恒星一般具有O型光谱。气体星云壳光谱呈现有氢和氦的发射线以及二次电离氧的禁线。

  某些较近的行星状星云可以进行三角视差的测量,然后由它们的角直径测定物质壳的直径了,其典型值的量级为2000天文单位。但是对于大部分行星状星云,它们的距离是难以测量的。已知的中心恒星的绝对星等一般并不足以使距离模数由视星等精确地计算出来。其他测定距离的方法涉及视差、角直径,角膨胀和视向速度。例如,行星状星云的距离可以通过对角膨胀(由间隔许多年的照片得到)和视向膨胀(由分光测量得到)的比较来得到。

  对由气体壳发射的光线照相得到的多普勒谱线位移的测量表明,在某些行星状星云中存在着不规则运动。分光测量表明,大多数行星状星云在向外膨胀,膨胀速度为10至50千米/秒。由于膨胀,外壳密度很快减少,以至于消失不见。由此推论,行星状星云的寿命不过一万年左右。正如恒星演化理论所说,行星状星云实际上是中小质量的恒星演化到晚期所形成的星云,其中心很热的恒星就是白矮星。银河系中多数恒星很可能通过行星状星云这个阶段而走向死亡。所以说,行星状星云应是一种普遍存在的天体,但目前已经知道的行星状星云大约只有1000个,估计大部分因为过于暗淡或被暗物质遮挡而看不到。

  三、超新星遗迹

  在天空中存在着某种非常惊人的星云,它们被认为是由超新星爆发抛出的物质所形成的。最著名的是蟹状星云,它是由我们中国人在公元1054年亲眼看见的一颗超新星爆发的结果。其向外蔓延着的云状物质是明亮的,像溅起的水花那样缠结在一起,形成一种复杂的发射光谱。来自蟹状星云的其他辐射是由于电子在星云的旋涡状磁盘中作螺旋式的运动所产生。这样的辐射称为同步加速辐射。

  这类星云的另外一个著名的星云是幕状星云,在天鹅星座中可以看到,也被称作天鹅圈。它也是正在膨胀、在无线电波段发射同步辐射的星云,而且它也被认为是一个古代超新星爆发遗迹。

  银河系内有历史记载和被确认的超新星爆发次数只有7次。第谷和开普勒分别在1572年和1604年观测到过超新星爆发。当代人目睹到的一次超新星爆发发生在1987年。由于是1987年发现的第一颗超新星爆发,故称为1987A。它出现在离我们银河系最近的星系——大麦哲伦星云内。这颗星一开始爆发就被发现了。于是天文学家密切地观测了它的全过程。如今,它形成了两个“呼啦圈”。令人惊叹的是,才过了20多年,一颗恒星就为我们绘出了一幅如此壮丽的晚年演化图。

  综上所述可知,弥漫星云是产生恒星的地方,而行星状星云和超新星遗迹则是恒星临终爆发后的产物,随后又会形成新的星云,再产生下一代恒星。换言之,星云既是恒星的产房,又是恒星的坟墓。

  恒星与星云在一定条件下相互转化,不断地进行着生与死的轮回。

  链接知识:星际有机分子的发现

  在天文学中,常把存在于星际空间中的无机分子与有机分子通称为星际分子,其中多数是有机分子。星际有机分子的发现对探索宇宙生命具有重大而深远的意义,因而被列为20世纪60年代天文学四大发现之一。

  起初,天文学家也认为星际空间是一片真空,后来逐渐发现,在星际空间中存在着各种微小的星际尘埃和稀薄的星际气体。1937年,天文学家用光学天文望远镜从星际空间中观测到了甲基(CH)、氰(CN)、次甲基离子(CH)的吸收光谱。1957年,美国物理学家汤斯指出了在星际空间可能存在的17种星际分子,并提出探测到它们的方法。1963年,天文学家首次用射电天文方法在仙后座发现羟基(OH)分子,1968年在银河系中心区探测到了氨(NH3)和水,1969年发现了甲醛(HCHO)。到20世纪80年代,陆续发现64种星际分子,其中46种是由碳、氢、氧、氮组成的有机分子,18种是由硫、硅等组成的无机分子。到1991年,科学家已经陆续发现了超过100种星际分子,其中多数也是有机分子。

  我们知道,构成生命的基础—蛋白质的主要成分是氨基酸。它是一种有机分子。尽管人们目前还没有在星际空间中直接观测到氨基酸,但是科学家在地面实验室里用氢、水、氧、甲烷及甲醛等有机物,模拟太空的自然条件,已合成几种氨基酸。而在已发现的星际有机分子中,有很多正是氨基酸的组成部分。

  由于星际空间中广泛存在着有机分子,这意味着宇宙中广泛存在着生命的组成物质,只要有适当的环境,它们就有可能转变为氨基酸,进一步发展成为有机生命,既可以成为地球生命的来源,又可以成为地外生命的来源。由于星际有机分子的发现不仅为探索地外生命和地外文明提供了有利的依据,而且还引发了对地球生命起源不同模式的研讨,所以它的发现就成为20世纪60年代轰动天文学界的一件大事,并对研究宇宙生命产生深远影响。

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