錐狀星云位于距離地球2500光年的麒麟星座，其龐大的塵埃柱內正在孕育新生的恒星。NASA

天文詞典

功能強大的哈勃太空望遠鏡不但為天文學家們揭開宇宙萬物的奧秘提供了觀測數據，還產生了不少視覺效果令人窒息的太空美圖，使廣大公眾能夠透過這些圖片領略太空中的壯美景象。在這些美圖之中，“創生之柱”是其中最為人所知的一副。在照片中，鷹星云中的氣體和塵埃形成了三個手指狀的柱形結構，有如巍峨的高山一般聳立在太空之中。那么，星云到底是什么?它和恒星的生和死有什么關系?

天空中的光斑

星云是由星際空間的氣體和塵埃結合成的云霧狀天體。它的體積比恒星大，密度又非常稀薄。和呈現一個光點的恒星不同的是，星云是天空中的一團光斑。獵戶座大星云等比較明顯的星云，通過肉眼就可以辨認出來。隨著望遠鏡在近代被投入使用，有越來越多的這類光斑被發現。

限于觀測水平，人們曾將星云與星系混淆。著名哲學家康德曾經用“島宇宙”的概念對所謂的星云進行解釋。隨著更大口徑的望遠鏡被逐步投入使用，人們發現有些光斑狀的天體的確可以分解成一顆顆恒星，和康德預言的現象一致。但有些光斑狀天體卻無論如何也分解不開。天文學家赫歇爾由此推斷，那些無法分解開的天體可能是由大團氣體組成的，即星云。而那些能分解成一顆顆恒星的島宇宙，實際上是遙遠的星系。

真正揭開星云本質的，是英國天文學家哈金斯。他發現，那些無法分解成恒星的光斑狀天體的光譜中具有許多發射線，即只有某些波段的光信號較強，而其他大部分波段的光信號則都比較弱。這和恒星的光譜特征有著顯著的不同。在恒星的光譜中，只有某些波段的信號較弱，而大部分波段的光信號都比較強，呈現出一些吸收線。無法分解成恒星的光斑狀天體，其光譜特征與稀薄氣體的光譜特征較為接近，因此星云實際上就是太空中的一團發光氣體。

新生恒星的溫床

按照人們目前對星云的認識，可以將其分為彌漫星云、行星狀星云和超新星遺跡星云。彌漫星云的形狀各異，質量在太陽質量的10倍到1000倍之間，占據的空間范圍平均為幾十光年。按照發光特性的不同，又可以將彌漫星云分為發射星云、反射星云和暗星云。這幾種星云本身在物質組成和結構特征上并沒有明顯的差異，而其發光特征的不同來源于附近恒星的差異。

在星云中，氫離子和電子總是試圖結合成為中性的氫原子。如果星云內部或附近恰好存在一顆溫度較高的恒星，那么恒星發出的強紫外輻射將會將中性的氫原子重新拆散成氫離子和電子。氫原子形成和拆散的過程最終會達到平衡，即一定時間里復合和拆散的氫原子數一樣多。氫原子復合的過程會發出可見光，使發射星云發光。

而反射星云附近的恒星溫度較低，紫外波段的輻射不足以激發星云中的物質發光。反射星云發出的光來自于星云中的星際塵埃對附近恒星光線的散射。暗星云附近則沒有明亮的恒星，氣體本身不發光，塵埃也無法反光，在身后亮背景的襯托下，顯示出黑暗的輪廓。

彌散星云可以成為新恒星誕生的溫床。質量很大的星云會在自身的引力作用下經歷收縮、密集和升溫的過程。當星云的質量很大時，密度足夠大的星云區收縮的更快，導致星云瓦解成若干個中等星云。如此的過程在中等星云中重復后，中等星云將繼續瓦解成一些更小的星云。這些小星云吸引著周圍的氣體和塵埃逐步聚集，自身溫度也隨之升高，最終形成了恒星的“胚胎”——原恒星。在“創生之柱”中，人們已經發現了若干個原恒星，表明恒星產生的過程正在鷹星云中生生不息地進行著。

死亡恒星的遺跡

雖然和恒星蓬勃誕生的彌散星云同屬星云家族，但行星狀星云是恒星演化到生命晚期所產生的遺骸。當恒星內部的核能衰竭之后，恒星內層物質在引力的作用下收縮成體積小、密度大、溫度高的白矮星，而外殼則向外噴發，形成體積大、密度小的行星狀星云。由于行星狀星云看似具有行星的外形和顏色，因此被最早研究它的天文學赫歇爾冠以現在的名稱。但實際上，行星狀星云和真正的行星基本沒有聯系。行星狀星云的壽命只有一萬年左右。隨著時間的推移，行星狀星云還將繼續膨脹，變得愈發稀薄，最后完全消失。

超新星遺跡也是恒星死亡留下的殘骸，但在物理特性上與普通的行星狀星云有所不同。質量較大的恒星，在演化到晚年時，會以超新星爆發的方式結束自己的一生。超新星爆發遺跡星云，就來自于這個過程中噴發出的物質。著名的蟹狀星云就是超新星的遺跡。產生這個星云的超新星爆發于1054年，當時看到的人很多，并被中國古代的天文學家記載下來。而爆發留下的物質與周圍星際物質作用，形成由絲狀氣體云和氣殼構成的蟹狀星云。

(作者李會超 系哈爾濱工業大學深圳校區博士后)

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