環狀星雲遠不止環那麼簡單_風聞

原創：牧夫天文

説到恆星死亡時的景象，最著名的當數1779年發現的環狀星雲(梅西耶57)了，它距離我們僅僅2000光年。從外表看，環狀星雲由一個白矮星及其外圍包裹着的巨大氣體環構成。它代表了像太陽這樣的單一恆星系統的典型歸宿。梅西耶在觀測過環狀星雲後是這樣描述的：“它非常昏暗，但能夠看出輪廓；它像木星一樣大，類似於一顆較昏暗的行星。”從此，“行星狀星雲”這個不恰當的名稱就一直沿用至今，它顯然不是行星而是一個恆星演化末期爆炸後的巨大遺蹟，外圍是大量彌散的氫，低密度的氣體軸向延展開來，而高密度的氣體和塵埃區域分佈在它的赤道面。我們的視角幾乎正好在它的軸線上，因此外觀會呈現出環狀。大多數天文望遠鏡觀測到是環狀星雲的高密度氣體的反射光。2013年，天文學家使用新的哈勃數據繪製了環狀星雲的三維結構，它呈現出非常複雜的結構，包括：外暈、內暈、赤道盤、內側的湍流、葉和結等。接下來讓我們一探究竟…

封面圖片

著名的環狀星雲

Credit: NASA, ESA, AND C. ROBERT O’DELL (VANDERBILT UNIVERSITY)

環狀星雲位於天琴座兩顆明亮的藍巨星漸台二和漸台三之間，我們使用任何天文望遠鏡甚至雙筒望遠鏡都可以看到它。

Credit: NASA, ESA, DIGITIZED SKY SURVEY 2

下圖是合成圖，部分信息源自位於美國亞利桑那州的大雙筒望遠鏡(the Large Binocular Telescope, LBT)，另一部分來自哈勃第三代寬視場相機的外暈細節信息。這個貌似環狀的著名星雲，其真實結構並不是環。

Credit: HUBBLE DATA: NASA, ESA, C. ROBERT O’DELL (VANDERBILT UNIVERSITY); LBT DATA: DAVID THOMPSON

外側紅色複雜結構是由離子化的氫構成，而來自恆星拋射出的硫和氧離子則會是其他顏色。通過光譜分析，不同的譜線對應不同的元素，從而可以瞭解它的元素構成。

Credit: D. LÓPEZ (IAC), WHICH IS A. OSCOZ, D. LÓPEZ, P. RODRÍGUEZ-GIL AND L. CHINARRO

下圖，斯皮策空間望遠鏡紅外波段影像可以展示出環狀星雲不同區域的温度。內側區域温度較高，同樣可見光波段這些區域也較為明亮。這些區域物質的電子被激發躍遷，在恢復基態時釋放光子，從而被我們觀察到，而温度越高該現象越強烈。

Credit: NASA/JPL-CALTECH/J. HORA (HARVARD-SMITHSONIAN CFA)

下圖展示了環狀星雲的側面觀結構，這個視角垂直於地球上的觀測視角。我們可以看到很大範圍的彌散暈、內部區域、軸向延展的低密度葉和較顯著的赤道盤。

Credit: NASA, ESA, AND A. FEILD (STSCI)

渲染後的圖片可以看到黑灰色的氣體團、夾雜的不同元素（不同顏色表示），以及半透明的內部結構。因此，環狀星雲既不是環狀，也不是球狀。

Credit: NASA, ESA, AND C. ROBERT O’DELL (VANDERBILT UNIVERSITY)

而常規的天文望遠鏡可以觀測到明顯的環狀影像，如下圖：

Credit: CHRIS SPRATT

螺旋星雲是一個類似環狀星雲的行星狀星雲，它外觀似甜甜圈，下圖是展示出它非常複雜的三維結構。

Credit: NASA, ESA, C.R. O’DELL (VANDERBILT UNIVERSITY), AND M. MEIXNER, P.

行星狀星雲外形各異，這取決於演化前恆星系統的特徵。並且宇宙中很多重元素都源於這一演化過程。大質量恆星和超大質量恆星在演化成行星狀星雲時通過s-過程（慢中子俘獲過程）產生了元素週期表中很多的重要元素。

Credit: NASA, ESA, AND THE HUBBLE HERITAGE TEAM (STSCI/AURA)

以下是太陽系元素週期表，標識出了這些元素的起源。我們可以看出，雖然絕大多數的元素起源自超新星爆炸和中子星合併；但很多重要的生命元素部分或主要來源於像環狀星雲這樣的行星狀星雲。

原文exploding white dwarfs表述了Ia型超新星爆發

Credit: NASA/CXC/SAO/K. DIVONA

我們彷彿看到了太陽的未來演化情況！

『天文時刻』 牧夫出品

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尼亞加拉瀑布上的美月

Credit: Miguel Claro