星云──星际间的聚散轮回

2010-02-21 15:35 作者:文／詹佩菁、杨嘉慧；审稿／天文研究所教授陈文屏

星云是尘埃和气体组成，数千或数十亿年后，可能烟消云散，或聚集成如太阳般的恒星。恒星死亡前，喷发出的物质也有机会再聚集成另一团星云，继续孕育下一代恒星，形成生生不息的“轮回”。

(照片提供/科学人)

拿着望远镜对准晴朗的夜空，除了星星，还会发现一些不会散去的星际云气。1920 年代之前，天文学家把这些云雾状的天体统称为“星云”，而随着天文望远镜的解析度提高，才知道这些像云一般的天体其实有星云、星团及星系之分。“星系”是上亿颗恒星及众多云气共同组成的大集合体；“星团”是数十颗以上的恒星聚集在同一区域，为组成星系的成员之一；而现在定义的“星云”是指星系中，因重力而聚集的尘埃及气体。星云的组成主要是氢，其余还有氦、氮、氧、碳等元素，其所含物质的质量可达太阳的数百万倍之多，涵盖范围往往有数十至数百光年之大。

各种绚丽的云气

依照外观的不同，星云分成发射星云、反射星云和黑暗星云。“发射星云”是组成的气体被邻近恒星放出的紫外光、X 射线等高能射线照射，激发出光子，若被激发的是氢原子，便放出红光，氧原子则为绿光。位在猎户座的火鸟星云就因为大量氢原子被激发而呈现红色。

“反射星云”是反射邻近恒星的光，通常呈蓝色，因为蓝光波长短，散射角度较大，容易被散射而进入我们眼中，这和天空为什么是蓝色的道理相同。位在金牛座方向的昴宿星团（又称七姐妺星团）周围的蓝色云气，就是反射星云。

“黑暗星云”既不发光也不反射光线，是一团密度高、足以挡住后方发光星体光芒的星云。中央大学天文研究所教授陈文屏表示，在星际间一立方公分的体积里，平均只有一个分子或原子，但在黑暗星云中则有上万个分子、原子和离子。由于密度高，紫外光、X射线均无法穿透，因此黑暗星云中心维持在非常低温的状态，温度大约 10K（-263℃）左右。这类星云的存在，可以透过星云背后的恒星或明亮的星云部份被遮住而显现出来，像著名的马头星云即在发射星云衬托下，呈现出马头形状。

星云的重生与轮回

不同种星云有不同的命运，发射星云和反射星云的密度疏、温度高，云气会渐渐扩散而消失不见；密度大、温度低的黑暗星云却非常有机会使气体及尘埃聚集，最后因自身重力而持续缩小，等密度达到一定程度，其中央部位会开始发热，一旦温度达约数百万K，就会点燃核反应，形成发光的恒星。恒星形成过程中，周遭云气也会受影响而各自藉由重力结合尘埃及气体，形成行星及卫星，例如太阳系里的行星及卫星就是在太阳形成过程中，影响周围云气而一起生成。

星云的质量若够大，就有机会收缩形成一群恒星成为星团。但单一气团聚集的尘埃及气体若质量小于太阳的 1/100，收缩后温度就不会高到足以点燃核反应，便无法形成恒星，例如主要由气体构成的木星，其质量只有太阳的 1/1000，本身虽然因重力收缩而发热，但核心温度不高，无法形成恒星。

恒星死亡前会喷发出大量物质，这些物质回归星际后，可能聚集成为另一个星云，继续孕育下一代恒星，形成恒星与星云之间生生不息的“轮回”。

爆炸中诞生的星云

随着恒星衰老，外层物质的重力与内部核心的气体热压力无法达到平衡，导致星体结构开始不稳定，一下膨胀、一下收缩，最后发生爆炸，以“喷发”或“超新星爆炸”的形式结束生命。通常内部核心质量（进行核反应的部份）小于 1.4 个太阳质量的恒星，外层物质会向外喷发形成“行星状星云”（与行星无关，因为透过望远镜观察，其外观和圆盘面行星相像，故以此命名），内部核心则压缩成亮度较原恒星低、体积约与地球相当的“白矮星”，我们的太阳预计 50 亿年后也会喷发出行星状星云。

恒星死亡前，若内部核心质量大于 1.4 个太阳质量，巨大能量就会使恒星本身炸碎四散，并突然变得很亮，形成“超新星爆炸”，最终外围物质消散形成“超新星残骸”，内部核心则可能压缩形成密度比白矮星大的“中子星”或黑洞，例如M1蟹状星云即属于超新星残骸。

中央大学天文研究所教授陈文屏表示，行星状星云和超新星残骸当中的白矮星或中子星都会发射出紫外光、X 射线等，使星云内的气体受激发而放出光芒，因此都属于发射星云。这两类星云的温度很高，内部云气会向外扩散，大约数千年后，就消散在宇宙中了。