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星雲

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創生之柱(Pillars of Creation)嘅高解像度相,由哈勃太空望遠鏡喺 2014 年影嘅;呢嚿星雲離地球超過 6,000 光年遠[1]

星雲粵拼sing1 wan4英文nebula,眾數係「nebulae」,呢個字喺拉丁文當中係「」或者「」噉解[2])係由宇宙塵以及電漿夾埋形成嘅星際雲太空星際空間入面嘅一團塵埃同氣體)。喺廿世紀前,「星雲」呢個詞曾經俾人用嚟指「任何瀰漫嘅天體」-包括銀河系以外嘅星系都俾人叫做「星雲」。但自從廿世紀初開始,天文學科研上嘅進步加深咗人類對星雲嘅了解,所以到咗今日,一個天體一定要有齊宇宙塵同電漿等嘅成份,先至會俾人歸類做「星雲」[3][4]

星雲好巨大,但密度好低:例如獵戶座大星雲(Orion Nebula)係一嚿出名嘅星雲,直徑有 24 光年(相比之下,太陽系嘅直徑大約係 0.0012486 光年左右[5]),但佢以星雲嚟講查實係比較細嘅。大啲嘅星雲直徑閒閒地可以有成幾百光年咁長[6]。同時,星雲嘅平均密度又低得好交關,一般仲低過喺地球上創造得到嘅真空。根據天文學家計算,一嚿典型嘅星雲如果密度唔變,但容量縮到好似地球咁大嘅話,佢嘅質量會得嗰幾公斤[7]。相比之下,地球嘅質量大約係 5.97237 x 1024 公斤[8][9]

星雲好多時係恆星誕生嘅空間,例如鷹星雲(Eagle Nebula)嘅創生之柱就係噉:喺星雲當中,分得散修修嘅氣體、星塵、同第啲物料會慢慢噉(經過幾億年嘅時間)因為萬有引力互相吸引,然後黐埋一齊,形成密啲嘅天體;當一啲密啲嘅天體形成,佢哋又會靠自己嘅萬有引力再吸引多啲物料,而最後如果一舊因為噉而形成嘅天體質量夠大,佢就可以變成行星或者恆星等嘅物體[10]

啲相點影返嚟[編輯]

哈勃太空望遠鏡係廿一世紀初其中一座最大型嘅太空望遠鏡。
睇埋:哈勃太空望遠鏡

為咗做太空科學嘅研究,科學家自從廿世紀中開始就射咗好多太空望遠鏡上圍繞地球嘅軌道嗰度。呢啲太空望遠鏡會一路圍住地球轉,一路周圍向唔同角度影相(探測由各種地球外天體嚟嘅),並且將收集到嘅數據轉送返去地球基地嗰度,等啲科學家有得知道外太空嗰度發生緊乜嘢事。呢啲太空望遠鏡有住先進嘅設備,能夠望到好遙遠嘅太空當中嘅物件-包括星雲[11]

由望遠鏡嘅數據當中,科學家能夠砌出星雲嘅圖像:太空望遠鏡會接收到星雲所發出嘅光,又或者(喺探測黑暗星雲嗰陣)接收嚿星雲周圍嘅物件發出嘅光,並且用呢啲光重組返一幅黑白影像出嚟。跟手天文學人員就會用一啲電腦軟件估計嚿星雲嘅化學成份,靠噉嚟估計嚿星雲應該係乜嘢色水(例如實驗顯示,純氫氣受刺激嗰時偏向射藍光;詳情可以睇吓光譜學方面嘅嘢),最後整成大眾見得到嘅星雲相[12]

分類同形成[編輯]

天鵝星雲(Swan Nebula;M17)嘅其中一橛;天鵝星雲係一嚿發射星雲,會發出好多彩嘅可見光[13]
蠔星雲(Oyster Nebula;NGC 1501)係一嚿行星狀星雲。
SN 1572 係一嚿超新星殘骸。

基本星雲分類[編輯]

多數嘅星雲都屬於瀰漫星雲diffuse nebula),即係話佢哋嘅結構冇乜嘢明顯嘅邊界,嚿星雲會隨住遠離佢哋嘅中心慢慢噉變得稀薄,而唔係喺某一個邊界突然間冇嗮嘅。一嚿星雲可以基於發光上嘅特性屬於以下三種其中一種[14]

呢三種星雲都會因為內部嘅宇宙塵而射出大量嘅紅外線(infrared)[15],三者主要嘅分別在於「曉唔曉發光」同埋(如果會)「點解會曉發光」:發射星雲同反射星雲都會射出可見光(visible light),所以祇要個望遠鏡夠勁就可以用人眼睇到,但係佢哋發光嘅原理唔同;前者由大量嘅離子化氣體(尤其係離子化嘅)組成,呢啲氣體本身會射出唔同色水嘅可見光;而後者之所以會射出可見光,就主要係因為反射嘅作用。反射星雲本身唔多曉發光,但係受到自己四圍嘅恆星照射,而反射所受到嘅光。最後,黑暗星雲就因為自己唔識發光,又冇附近恆星嘅光俾佢反射,所以唔會有光射出嚟,但呢啲星雲會遮住喺佢哋後面嘅物體所發出嘅光,所以天文學家依然有可能用望遠鏡觀察得到佢哋[16][17]

發射星雲往往係恆星形成嘅場所,好似上面提到嘅獵戶座大星雲同天鵝星雲都係噉樣。呢啲星雲內部有大量嘅氫同,呢一大團嘅氣體當中嘅粒子會因為重力而互相吸引,最後聚埋做一團,喺自己嘅重力之下崩塌並且形成恆星,而喺恆星形成場所嘅中心,好多時呢種作用仲會形成巨大嘅恆星,呢啲巨大恆星射出嘅紫外線(ultraviolent)會將周圍嘅氣體離子化,令到呢團氣體發出可見光,喺巨大恆星周圍、充斥住離子化咗嘅氫嘅區域就係所謂嘅電離氫區(H II region),而電離氫區周圍嗰浸冇離子化嘅氫嘅區域就係所謂嘅光解離區(photodissociation region)。呢種過程可以持續好耐-雖然恆星形成所造成嘅(例如)超新星爆炸或者紫外輻射可以擾亂甚至破壞嚿星雲,但一嚿有恆星喺裏面形成嘅星雲閒閒地都可以存續幾百萬年[18]

行星狀星雲[編輯]

內文: 行星狀星雲

行星狀星雲(planetary nebula)係發射星雲嘅一種,呢類星雲係低質量恆星(例如係太陽)生命終結嘅產物:喺一粒質量喺 8 至 10 太陽質量以下嘅恆星生命就嚟要結束,即係內部嘅氫燃料就快用完嗰陣,佢會演變成一粒紅巨星(red giant),並且將佢最外部嘅物料射向四周圍嘅太空,令到佢周圍嘅太空有咗一浸氣體喺度;而當佢喪失質量喪失到咁上下嗰時,佢會變成一粒白矮星(white dwarf)-佢溫度會上升,而且會開始射出大量嘅紫外線,啲紫外線會令到佢周圍嗰啲之前射咗出去嘅氣體離子化,跟手呢啲離子化嘅物料就會發光,形成一個電離氫區(所以一嚿行星狀星雲實係本身識發光嘅)[16]。呢啲機制喺行星狀星雲嘅外觀嗰度會睇到-行星狀星雲嘅一個大特徵係中心會有一粒星喺度發光。行星狀星雲通常都衹係會維持幾千年左右,以天文現象嚟講短暫得好交關[19][20]

根據天文物理學家嘅計算,太陽估計會喺 120 億年老嗰時變成行星狀星雲[16][21]

原行星雲[編輯]

內文: 原行星雲

原行星雲(protoplanetary nebula,簡稱「PPN」)係一嚿短暫嘅反射星雲,存在喺一粒恆星生命嘅漸近巨星分支時期(asymptotic giant branch phase)同行星狀星雲時期之間嗰段相對短嘅時間之內:喺漸近巨星分支時期,粒恆星就快要變做巨星,會開始勁喪失質量,射出一大團氫氣;當呢個時期完嗰陣,佢會進入原行星雲時期;一舊原行星雲受到創造佢嗰粒中央恆星照射,開始射紅外線同反射嗰粒恆星所發出嘅光(所以實係反射星雲),而且由粒恆星嚟嘅星風(stellar wind;指粒行星噴出嚟嘅物質)會撞擊舊原行星雲,好多時令到佢嘅形狀變到好似個球體[22];而喺跟住落嚟嘅幾千年之內,舊原行星雲會隨住粒行星巨星化,變成一舊行星狀星雲。原行星雲同行星狀星雲之間嗰條邊界係由粒恆星嘅溫度界定嘅:當粒中央恆星嘅溫度升到去開氏 30,000 度嗰陣,佢就有足夠嘅熱度令佢周圍嘅氣體離子化-舊原行星雲就正式變成一舊行星狀星雲[23][24]

超新星殘骸[編輯]

內文: 超新星殘骸

超新星(supernova)係高質量(起碼 8 太陽質量)恆星生命終結嘅產物。喺一粒恆星啲燃料燒嗮之後,佢核心進行嘅核聚變(nuclear fusion)作用會停止,唔再產生一股令佢啲成份向外郁嘅力,於是粒恆星就會開始因為自身嘅重力而崩塌,令到佢外部嘅氣體開始大規模噉跌向核心嗰度。喺呢個過程入面,啲氣體可能會反彈返出嚟或者加熱得好犀利,令到股氣體開始向核心以外擴張,如果呢股擴張力夠勁,粒恆星會爆炸,並且將自己內部嘅氣體射出去自己周圍嘅太空嗰度,喺周圍嘅空間形成一團氣體,而呢團氣體會受到超新星爆炸嘅強大能量離子化,並且因為噉而開始發光[16]。而且喺呢個過程當中,會產生高速度嘅電子,而高速電子喺個磁場當中振盪嗰時會用同步輻射(synchrotro emission)嘅方式射出大量嘅無線電波(radio wave)[16]。呢個作用所形成嘅星雲就係所謂嘅超新星殘骸(supernova remnant)[16]

觀察史[編輯]

哈勃嘅相;1931 年影嘅。

早期[編輯]

雖然早期文明並冇現代嘅天文物理學知識,但人類早喺中世紀早期及之前經已有喺觀察夜空嗰陣時觀察到星雲:史上最早期嘅星雲觀察嚟自古羅馬希臘裔學者托勒密(Ptolemy)嘅;西元 150 年,托勒密喺佢本著作《天文學大成》(Almagest)嘅第 7 卷同第 8 卷入面寫話觀察到有 5 粒望落好似雲噉嘅星,仲注意到大熊座(Ursa Major)同獅子座(Leo)之間有啲同星星冇啦掕嘅雲氣[26];及後 964 年,波斯人天文學家阿左飛(Abd al-Rahman al-Sufi)喺佢嘅著作裏面提到佢觀察到仙女座星系(Andromeda Galaxy)嘅位置嗰度有「一嚿雲仔」,並且整咗個表紀錄低佢觀察到嘅「似雲」天體[27][28];而喺 1054 年,阿拉伯人漢人天文學家都有觀察到創造蟹狀星雲嘅超新星爆炸[29][30]

近現代[編輯]

17 世紀係現代天文學對星雲嘅研究嘅起始:喺 1610 年,法國天文學家皮力斯(全名:Nicolas-Claude Fabri de Peiresc)運用望遠鏡發現咗獵戶座大星雲,而打後少少嘅瑞士天文學家莊翰·斯撒(Johann Baptist Cysat)喺 1618 年亦都觀察到獵戶座大星雲。跟手喺 1659 年,惠更斯(Christiaan Huygens)仲對獵戶座大星雲做咗詳細嘅研究[28]

到咗 18 世紀,天文學界開始全面正式噉研究星雲:喺 1715 年,英國天文學家哈雷(Edmond Halley)出版咗個表,列出嗮佢觀察到嗰 6 嚿星雲[31],而喺跟住落嚟嘅一個世紀,歐洲天文學家開始咗一股觀察星雲嘅熱潮,發現咗多嚿人類之前唔知嘅星雲,例如瑞士天文學家 Jean Philippe Loys de Cheseaux 喺 1746 年整嗰個表列咗 20 嚿星雲出嚟,而法國天文學家 Nicolas-Louis de Lacaille 喺 1751 至 1753 年間由好望角嗰度紀錄咗 42 嚿星雲,當中大多數都係當時前所未知嘅,而打後到咗 1781 年,法國天文學家查理斯·梅西亞(Charles Messier)整咗梅西亞天體(Messier objects)呢個表出嚟,紀錄咗成 103 嚿星雲(雖然呢 103 嚿天體當中有啲後嚟證實查實唔係真嘅星雲)[32]

18 世紀後期嘅歐洲天文學開始出現對星雲嘅理論探究。1786 年,赫歇爾(William Herschel)同佢細妹卡羅琳·赫歇爾(Caroline Herschel)一齊研究星雲,出版咗《星雲同星團總表》(Catalogue of One Thousand New Nebulae and Clusters of Stars)呢本書,紀錄咗多嚿之前未受紀錄嘅星雲,而且呢本書後嚟仲出咗第二同第三版,前前後後紀錄咗成超過 1,500 嚿星雲[33]。赫歇爾佢唔淨衹紀錄星雲,仲開始思考「到底星雲係點嚟嘅」呢個問題,佢開始嗰陣以為星雲衹不過係物理上未解開嘅星團,但係喺 1790 年,佢發現咗一粒由星雲包圍住嘅恆星,並且質疑佢自己先前嘅諗法[32]

19 世紀及後[編輯]

19 世紀同廿世紀早期嘅人類靠住當時嘅新科技對星雲加深咗了解。由 1864 年開始,哈金斯(William Huggins)用當時嘅新技術研究大約 70 嚿星雲嘅光譜,佢嘅研究發現三分之一嘅星雲嘅發射光譜望落都似氣體嘅,而淨低嘅星雲具有持續嘅光譜,俾天文學家認為係一大柞恆星組成嘅[34]。喺 1912 年,有天文學家發現到有嚿星雲嘅發射光譜同佢所屬嘅星團嘅吻合,表示呢嚿星雲發光嘅原理係靠反射周圍恆星嘅光;同時,呢啲研究令到天文學界發現某啲之前以為係星雲嘅天體查實同真正嘅星雲有本質上嘅差異,幫學界手搞清楚咗一啲概念[35][36]。廿世紀早期嘅美國天文學家哈勃(Edwin Hubble)詳細噉研究咗星雲嘅本質同成份,確立咗現代天文學對星雲嘅認識,而以哈勃命名嘅哈勃太空望遠鏡(Hubble Space Telescope)到咗廿一世紀都仲喺度觀察遙遠嘅太空,影咗好多高解像度嘅星雲相返嚟[37][38]

天外雲海[編輯]

第啲出名星雲[編輯]

睇埋[編輯]

參考文獻[編輯]

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  38. NASA - Hubble Captures the Orion Nebula.

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