星雲──星際間的聚散輪迴

2010-02-21 15:35 作者:文／詹佩菁、楊嘉慧；審稿／天文研究所教授陳文屏

星雲是塵埃和氣體組成，數千或數十億年後，可能煙消雲散，或聚集成如太陽般的恆星。恆星死亡前，噴發出的物質也有機會再聚集成另一團星雲，繼續孕育下一代恆星，形成生生不息的「輪迴」。

(照片提供/科學人)

拿著望遠鏡對準晴朗的夜空，除了星星，還會發現一些不會散去的星際雲氣。1920 年代之前，天文學家把這些雲霧狀的天體統稱為「星雲」，而隨著天文望遠鏡的解析度提高，才知道這些像雲一般的天體其實有星雲、星團及星系之分。「星系」是上億顆恆星及眾多雲氣共同組成的大集合體；「星團」是數十顆以上的恆星聚集在同一區域，為組成星系的成員之一；而現在定義的「星雲」是指星系中，因重力而聚集的塵埃及氣體。星雲的組成主要是氫，其餘還有氦、氮、氧、碳等元素，其所含物質的質量可達太陽的數百萬倍之多，涵蓋範圍往往有數十至數百光年之大。

各種絢麗的雲氣

依照外觀的不同，星雲分成發射星雲、反射星雲和黑暗星雲。「發射星雲」是組成的氣體被鄰近恆星放出的紫外光、X 射線等高能射線照射，激發出光子，若被激發的是氫原子，便放出紅光，氧原子則為綠光。位在獵戶座的火鳥星雲就因為大量氫原子被激發而呈現紅色。

「反射星雲」是反射鄰近恆星的光，通常呈藍色，因為藍光波長短，散射角度較大，容易被散射而進入我們眼中，這和天空為什麼是藍色的道理相同。位在金牛座方向的昴宿星團（又稱七姐妺星團）周圍的藍色雲氣，就是反射星雲。

「黑暗星雲」既不發光也不反射光線，是一團密度高、足以擋住後方發光星體光芒的星雲。中央大學天文研究所教授陳文屏表示，在星際間一立方公分的體積裡，平均只有一個分子或原子，但在黑暗星雲中則有上萬個分子、原子和離子。由於密度高，紫外光、X射線均無法穿透，因此黑暗星雲中心維持在非常低溫的狀態，溫度大約 10K（-263℃）左右。這類星雲的存在，可以透過星雲背後的恆星或明亮的星雲部分被遮住而顯現出來，像著名的馬頭星雲即在發射星雲襯托下，呈現出馬頭形狀。

星雲的重生與輪迴

不同種星雲有不同的命運，發射星雲和反射星雲的密度疏、溫度高，雲氣會漸漸擴散而消失不見；密度大、溫度低的黑暗星雲卻非常有機會使氣體及塵埃聚集，最後因自身重力而持續縮小，等密度達到一定程度，其中央部位會開始發熱，一旦溫度達約數百萬K，就會點燃核反應，形成發光的恆星。恆星形成過程中，周遭雲氣也會受影響而各自藉由重力結合塵埃及氣體，形成行星及衛星，例如太陽系裡的行星及衛星就是在太陽形成過程中，影響周圍雲氣而一起生成。

星雲的質量若夠大，就有機會收縮形成一群恆星成為星團。但單一氣團聚集的塵埃及氣體若質量小於太陽的 1/100，收縮後溫度就不會高到足以點燃核反應，便無法形成恆星，例如主要由氣體構成的木星，其質量只有太陽的 1/1000，本身雖然因重力收縮而發熱，但核心溫度不高，無法形成恆星。

恆星死亡前會噴發出大量物質，這些物質回歸星際後，可能聚集成為另一個星雲，繼續孕育下一代恆星，形成恆星與星雲之間生生不息的「輪迴」。

爆炸中誕生的星雲

隨著恆星衰老，外層物質的重力與內部核心的氣體熱壓力無法達到平衡，導致星體結構開始不穩定，一下膨脹、一下收縮，最後發生爆炸，以「噴發」或「超新星爆炸」的形式結束生命。通常內部核心質量（進行核反應的部分）小於 1.4 個太陽質量的恆星，外層物質會向外噴發形成「行星狀星雲」（與行星無關，因為透過望遠鏡觀察，其外觀和圓盤面行星相像，故以此命名），內部核心則壓縮成亮度較原恆星低、體積約與地球相當的「白矮星」，我們的太陽預計 50 億年後也會噴發出行星狀星雲。

恆星死亡前，若內部核心質量大於 1.4 個太陽質量，巨大能量就會使恆星本身炸碎四散，並突然變得很亮，形成「超新星爆炸」，最終外圍物質消散形成「超新星殘骸」，內部核心則可能壓縮形成密度比白矮星大的「中子星」或黑洞，例如M1蟹狀星雲即屬於超新星殘骸。

中央大學天文研究所教授陳文屏表示，行星狀星雲和超新星殘骸當中的白矮星或中子星都會發射出紫外光、X 射線等，使星雲內的氣體受激發而放出光芒，因此都屬於發射星雲。這兩類星雲的溫度很高，內部雲氣會向外擴散，大約數千年後，就消散在宇宙中了。