星雲

星雲(20張)

星雲（源自拉丁文的：nebulae或nebul&aelig，與ligature或nebulas，意思是雲或霧）是塵埃、氫氣、氦氣和其他電離氣體聚集的星際雲。原本是天文學上通用的名詞，泛指任何天文上的擴散天體，包括在銀河系之外的星系（一些過去的用法依然留存着，例如仙女座星系依然使用愛德温·哈勃發現它是星系之前的名稱，被稱為仙女座星雲）。星雲通常也是恆星形成的區域，例如鷹星雲。這個星雲刻畫出NASA最著名的影像：創生之柱。在這個區域形成的氣體、塵埃和其他材料擠在一起，聚集了巨大的質量，這吸引了更多的質量，最後大到足以形成恆星。據瞭解，剩餘的材料還可以形成行星和行星系的其它天體。

星雲是由星際空間的氣體和塵埃結合成的雲霧狀天體。星雲裏的物質密度是很低的，若拿地球上的標準來衡量的話，有些地方是真空的。可是星雲的體積十分龐大，常常方圓達幾十光年。所以，一般星雲比太陽要重得多。

星雲的形狀是多姿多態的。星雲和恆星有着“血緣”關係。恆星拋出的氣體將成為星雲的部分，星雲物質在引力作用下壓縮成為恆星。在一定條件下，星雲和恆星是能夠互相轉化的。

看來像雲霧狀的天體。銀河系內太陽系以外一切非恆星狀的氣體塵埃雲。

1758年8月28日晚，一位名叫梅西耶的法國天文學愛好者在巡天搜索彗星的觀測中，突然發現一個在恆星間沒有位置變化的雲霧狀斑塊。梅西耶根據經驗判斷，這塊斑形態類似彗星，但它在恆星之間沒有位置的變化，顯然不是彗星，而是當時未知的天體種類。梅西耶將這類發現（截止到1784年，共有103個）詳細地記錄下來。其中第一次發現的金牛座中雲霧狀斑塊被列為第一號，既M1，“M”是梅西耶名字的縮寫字母。

梅西耶建立的星雲天體序列仍為現代天文學界使用。他的關於這類天體的記錄（梅西葉星表）發表於1781年，引起英國著名天文學家威廉·赫歇爾的高度注意。在經過長期的觀察核實後，赫歇爾將這些雲霧狀的天體命名為星雲。 ^[1] 

由於早期望遠鏡分辨率不夠高，河外星系及一些星團看起來呈雲霧狀，因此把它們也稱之為星雲。哈勃測得仙女座大星雲距離後，證實某些星雲其實是和我們銀河系相似的恆星系統。由於歷史習慣，某河外星系有時仍被稱之為星雲，例如大小麥哲倫星雲，仙女座大星雲等。

當我們提到宇宙空間時，我們往往會想到那裏是一無所有的、黑暗寂靜的真空。其實，這不完全對。恆星之間廣闊無垠的空間也許是寂靜的，但遠不是真正的“真空”，而是存在着各種各樣的物質。這些物質包括星際氣體、塵埃和粒子流等，人們把它們叫做“星際物質”。

星際物質與天體的演化有着密切的聯繫。觀測證實，星際氣體主要由氫和氦兩種元素構成，這跟恆星的成分是一樣的。其實，恆星就是由星際氣體“凝結”而成的。星際塵埃是一些很小的固態物質，成分包括碳合物、氧化物等。

星際物質在宇宙空間的分佈並不均勻。在引力作用下，某些地方的氣體和塵埃可能相互吸引而密集起來，形成雲霧狀。人們形象地把它們叫做“星雲”。按照形態，銀河系中的星雲可以分為瀰漫星雲、行星狀星雲等幾種。

同恆星相比，星雲具有質量大、體積大、密度小的特點。一個普通星雲的質量至少相當於上千個太陽，半徑大約為10光年。

發光氣體雲

發光氣體雲，是宇宙中充滿均勻的中性原子或分子氣體雲，大體積氣體雲由於自身引力而不穩定造成塌縮，形成氣體雲。最著名的例子是“七色祥雲”N55，一個渾身七色發光的氣體星雲。

發射星雲是受到附近熾熱光量的恆星激發而發光的，這些恆星所發出的紫外線會電離星雲內的氫氣（HⅡ regions），令它們發光。發射星雲能輻射出各種不同色光的遊離氣體雲（也就是電漿）。造成遊離的原因通常是來自鄰近恆星輻射出來的高能量光子。這些不同的發射星雲有些類型是氫Ⅱ區，也就是年輕恆星誕生的場所，大質量恆星的光子是造成遊離的來源；而行星狀星雲是垂死的恆星拋出來的外殼被曝露的高熱核心加熱而被遊離的。

星雲的顏色取決於化學組成和被遊離的量，由於在星際間的氣體絕大部分都是在相對下只要較低能量就能遊離的氫，所以許多發射星雲都是紅色的。如果有更高的能量能造成其他元素的遊離，那麼綠色和藍色的雲氣都有可能出現。經由對星雲光譜的研究，天文學家可以推斷星雲的化學元素。大部分的發射星雲都有90%的氫，其餘的部份則是氦、氧、氮和其他的元素。

在北半球，最著名的發射星雲是在天鵝座的北美洲星雲（NGC 7000）和網狀星雲（NGC 6960/6992）；在南半球最好看的則是在人馬座的礁湖星雲M8/NGC 6523和獵户座的獵户星雲（M42）。在南半球更南邊的則是明亮的卡利納星雲（NGC 3372）。

發射星雲經常會有黑斑出現，這是雲氣中的塵埃阻擋了光線造成的。 發射星雲和塵埃的組合經常會造成一些看起來很有趣的天體，而許多這一類的天體都會有傳神或有比喻的名稱，例如北美洲星雲和錐星雲。有些星雲是由反射星雲和發射星雲結合在一起的，例如：三裂星雲。

反射星雲是靠反射附近恆星的光線而發光的，呈藍色。[由於散射對藍光比對紅光更有效率（這與天空呈現藍色和落日呈現紅色的過程相同），所以反射星雲通常都是藍色]較容易觀測到的例子是圍繞着金牛座M45昴星團（七姊妹星團）的反射星雲，在透明度高及無月的晚上，利用望遠鏡便可看到整個星團是被淡藍色的星雲包裹著的。

以天文學的觀點，反射星雲只是由塵埃組成，單純的反射附近恆星或星團光線的雲氣。這些鄰近的恆星沒有足夠的熱讓雲氣像發射星雲那樣因被電離而發光，但有足夠的亮度可以讓塵粒因散射光線而被看見。因此，反射星雲顯示出的頻率光譜與照亮他的恆星相似。

如果氣體塵埃星雲附近沒有亮星，則星雲將是黑暗的，即為暗星雲。暗星雲由於它既不發光，也沒有光供它反射，但是將吸收和散射來自它後面的光線，因此可以在恆星密集的銀河中以及明亮的瀰漫星雲的襯托下發現。

暗星雲的密度足以遮蔽來自背景的發射星雲或反射星雲的光（比如馬頭星雲），或是遮蔽背景的恆星。天文學上的消光通常來自大的分子云內温度最低、密度最高部份的星際塵埃顆粒。大而複雜的暗星雲聚合體經常與巨大的分子云聯結在一起，小且孤獨的暗星雲被稱為包克球。這些暗星雲的形成通常是無規則可循的：它們沒有被明確定義的外型和邊界，有時會形成複雜的蜒蜒形狀。巨大的暗星雲以肉眼就能看見，在明亮的銀河中呈現出黑暗的補丁。在暗星雲的內部是發生重要事件場所，比如恆星的形成。

瀰漫星雲正如它的名稱一樣，沒有明顯的邊界，常常呈現為不規則的形狀，猶如天空中的雲彩，但是它們一般都得使用望遠鏡才能觀測到，很多隻有用天體照相機作長時間曝光才能顯示出它們的美貌。它們的直徑在幾十光年左右，密度平均為每立方厘米10-100個原子（事實上這比實驗室裏得到的真空要低得多）。

它們主要分佈在銀道面（HOTKEY）附近。比較著名的瀰漫星雲有獵户座大星雲、馬頭星雲等。瀰漫星雲是星際介質集中在一顆或幾顆亮星周圍而造成的亮星雲，這些亮星都是形成不久的年輕恆星。

行星狀星雲呈圓形、扁圓形或環形，有些與大行星很相像，因而得名，但和行星沒有任何聯繫。不是所有行星狀星雲都是呈圓面的，有些行星狀星雲的形狀十分獨特，如位於狐狸座的M27啞鈴星雲及英仙座中M76小啞鈴星雲等。

樣子有點像吐的煙圈，中心是空的，而且往往有一顆很亮的恆星在行星狀星雲的中央，稱為行星狀星雲的中央星，是正在演化成白矮星的恆星。中央星不斷向外拋射物質，形成星雲。可見，行星狀星雲是恆星晚年演化的結果，它們是如太陽差不多質量的恆星演化到晚期，核反應停止後，走向死亡時的產物。

比較著名的有寶瓶座耳輪狀星雲和天琴座環狀星雲，這類星雲與瀰漫星雲在性質上完全不同，這類星雲的體積處於不斷膨脹之中，最後趨於消散。行星狀星雲的“生命”是十分短暫的，通常這些氣殼會在數萬年之內便會逐漸消失。

超新星遺蹟也是一類與瀰漫星雲性質完全不同的星雲，它們是超新星爆發後拋出的氣體形成的。與行星狀星雲一樣，這類星雲的體積也在膨脹之中，最後趨於消散。

最有名超新星遺蹟是金星座中的蟹狀星雲。它是由一顆在1054年爆發的銀河系內的超新星留下的遺蹟。在這個星雲中央已發現有一顆中子星，但因為中子星體積非常小，用光學望遠鏡不能看到。它是因為它有脈衝式的無線電波輻射而發現的，並在理論上確定為中子星。

雙極星雲的特徵是有着獨特的波瓣形成軸對稱的星雲。許多，但不是全部，行星狀星雲在觀測上展現出雙集的結構。這可能是有直接關連的兩種類型星雲，在星雲的發展中是一種在之前的或將取代另一個。

雖然還不知道構成星雲的確實成因，它可能是一種稱為雙極逸流的物理過程，即恆星將高能量的粒子拋出成為流束由兩極向外流出的現象。一種理論認為這些流出物會與環繞在恆星周圍的物質碰撞（可能是星際塵埃，或是在早先的超新星事件中環繞在周圍的殼層）。

最初所有在宇宙中的雲霧狀天體都被稱作星雲。後來隨着天文望遠鏡的發展，人們的觀測水準不斷提高，才把原來的星雲劃分為星團、星系和星雲三種類型。

有的星雲是恆星的出生地，星雲的塵埃在引力下漸漸收縮成為新的星，如獵户座的M42星雲也有的是老恆星爆炸後的殘骸，如天鵝座的網狀星雲。

星雲常根據它們的位置或形狀命名，例如：獵户座大星雲，天琴座大星雲。

由於觀測工具的限制， ^[2]  歷史上，星系曾與星雲混為一談。 星系一詞源自於希臘文中的galaxias（γαλαξίας），廣義可以是由無數的恆星系（當然包括恆星的自體）、塵埃（如星雲）組成的運行系統。指參考我們的銀河系，是一個包含恆星、氣體的星際物質、宇宙塵和暗物質，並且受到重力束縛的大質量系統。

典型的星系，從只有數千萬（107）顆恆星的矮星系到上兆（1012）顆恆星的橢圓星系都有，全都環繞着質量中心運轉。除了單獨的恆星和稀薄的星際物質之外，大部分的星系都有數量龐大的多星系統、星團以及各種不同的星雲。

歷史上，星系是依據它們的形狀分類的（通常指它們視覺上的形狀）。最普通的是橢圓星系，有着橢圓形狀的明亮外觀；漩渦星系是圓盤的形狀，加上彎曲塵埃的旋渦臂；形狀不規則或異常的，通常都是受到鄰近的其他星系影響的結果。鄰近星系間的交互作用，也許會導致星系的合併，或是造成恆星大量的產生，成為所謂的星爆星系。缺乏有條理結構的小星系則會被稱為不規則星系。

在可以看見的可觀測宇宙中，星系的總數可能超過一千億（1011）個以上。大部分的星系直徑介於1,000至100,000[4]秒差距，彼此間相距的距離則是百萬秒差距的數量級。星系際空間（存在於星系之間的空間）充滿了極稀薄的等離子，平均密度小於每立方米一個原子。多數的星系會組織成更大的集團，成為星系羣或團，它們又為聚集成更大的超星系團。這些更大的集團通常被稱為薄片或纖維，圍繞在宇宙中巨大的空洞周圍。

雖然我們對暗物質的瞭解很少，但在大部分的星系中它都佔有大約90%的質量。觀測的資料顯示超重黑洞存在於星系的核心，即使不是全部，也佔了絕大多數，它們被認為是造成一些星系有着活躍的核心的主因。銀河系，我們的地球和太陽系所在的星系，看起來在核心中至少也隱藏着一個這樣的物體。

星雲的物質密度十分稀薄，主要成分是氫。根據理論推算，星雲的密度超過一定的限度，就要在引力作用下收縮，體積變小，逐漸聚集成團。一般認為恆星就是星雲在運動過程中，在引力作用下，收縮、聚集、演化而成的。恆星形成以後，又可以大量拋射物質到星際空間，成為星雲的一部分原材料。所以，恆星與星雲在一定條件下是可以互相轉化的。

恆星也有自己的生命史，它們從誕生、成長到衰老，最終走向死亡。它們大小不同，色彩各異，演化的歷程也不盡相同。恆星與生命的聯繫不僅表現於它提供了光和熱。實際上構成行星和生命物質的重原子就是在某些恆星生命結束時發生的爆發過程中創造出來的。

2009年2月26日，歐洲天文學家日前從浩瀚太空拍攝到看似目不轉睛的“宇宙眼”的壯觀照片，並稱之為“上帝之眼”。從照片上可以看到，蔚藍色瞳孔和白眼球的四周是肉色的眼瞼，與我們的眼睛像極了，但“上帝之眼”其實浩瀚無邊，它散發的光線從一側到另一側需要兩年半時間。這個物體其實是由位於寶瓶座中央的一顆昏暗恆星吹拂而來的氣體和塵埃形成的外殼。太陽系在未來50億年內也將遭受同樣的命運。

“上帝之眼”處於距地球700光年遠的寶瓶座，實際上，業餘天文愛好者通過小型望遠鏡可以隱約看見它，他們稱其為螺旋星雲（Helix Nebula），覆蓋的天空區域大概相當於一輪滿月的四分之一。這張罕見、壯觀的照片是由架設於智利拉西拉山頂的歐洲南方天文台的一台巨型望遠鏡拍攝到的。照片是如此的清晰，我們甚至可以在中央“眼珠”裏看到遙遠星系。

美國宇航局拍攝到一張暮年恆星形成的星雲圖像，星雲的形狀酷似撅起來準備親吻的嘴唇。

這顆正在衰亡的恆星船底座V385距地球16000光年，是銀河系最大的天體之一。它的質量是太陽的35倍，亮度是太陽的100多萬倍，在進入暮年後迅速燃燒，內部的物質被釋放出來形成星雲。

美國宇航局的廣域紅外探測器拍攝到的一張紅外照片顯示，船底座V385形成的星雲酷似一張撅起來的巨大嘴唇，彷彿宇宙正在親吻人類。 ^[3] 

在巨蛇座方向距離地球5500光年的發光星雲M16。M16俗稱“鷹狀星雲”圖像向左上方伸出的那一塊區域，被形象地描述為老鷹的“頭”。在被視作老鷹身體部分的星雲中央的那些亮點，就是新形成的恆星。

我們能夠看見發光星雲是出於兩個原因。第一個原因，是由於星際氣體反射星光而被我們看見。第二個原因，則如這片鷹狀星雲，是許多新形成的恆星所發出的紫外線照射星雲內部的氣體，使之電離而發光。

在鷹狀星雲裏可以看到一個向內伸出的柱狀突出區域，那裏的氣體非常濃密，以致於紫外線難以攝入。那裏的氣體受到周圍恆星發出的恆星風的壓縮，也是一個有可能形成新恆星的區域。 ^[4] 

天鵝座方向距離地球1600光年的星雲NGC6960的美麗圖像。它的形狀猶如拍打出水波的漁網，因此常被稱為”面紗星雲“。

據分析，這片星雲是1.5萬年前的超新星爆發後留下的殘骸。在距今1.5萬年以前，在此圖片的右下方曾經有過一個天體，就是它在那個位置發生了超新星爆發。當時爆發所產生的衝擊波達到每秒數千公里的速度，將星際氣體擠到一起，並使它們升温至發光。

面紗星雲的實際形狀其實是一個很大的球形，此圖片顯示的只是它西側的一部分。面紗星雲的東西方向正好是天河，亦即銀河系銀道面的方向，在這個方向星際氣體的密度較大。因此，面紗星雲在此圖片上能夠顯示如此清晰的影像。 ^[4]