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第50章 星云和星际尘埃

 星云的分类

除环状对称的行星状星云外,所有的星云都可以说是形状不规则的弥漫星云。弥漫星云形态不一,大致可分为以下几种:

发射星云:这类星云含有年轻热星,它们发出的紫外辐射使云中的气体电离,其结果是,星云释放出可见光,以此途径导致气体发荧光的区域称为电离氢区或HⅡ区。最有名的HⅡ区是猎户座大星云(M42),肉眼可见这一闪光斑点,M42之所以发光是由于所谓猎户座四边形星群发出的紫外辐射使其周围气体电离了的缘故。巨蛇座的天鹰星云是另一个例子,该星云是恒星形成区域,观测证实了在那里存在着许多小而暗的球状体,人们相信是新形成的原恒星之区域,也有许多金牛座T型变星,这些是正经历着引力收缩阶段的天体。

反射星云:一般说来,反射星云之所以明亮是因为对来自近邻恒星之光的反射,这些星光射入星云时,云中的尘埃粒子将光反射。最有名的反射星云是围绕着金牛座中昴星团诺星的反射星云,我们所看到的星云状物质完全是昴团中的星从其中形成的原始星云的残余物。

暗星云:这些星云表现为在较亮恒星或星云背景上的暗黑剪影,这些巨大的暗云中没有星星,它们吸收掉来自其后面远方天体发的光。著名的例子是马头星云,它位于猎户座“猎人腰带”上最东端的星参宿一稍南一点儿。另一个有名的暗星云是麒麟座内位于大银河星团NGC2264正南端的锥状星云,其在望远镜中的外观可与马头星云媲美。还有一些有名的暗星云,如南十字座的煤袋星云和蛇夫座的弯弯曲曲的蛇状星云。美国天文学家E·E·巴纳德是研究暗星云的专家,许多暗星云便以它们的巴纳德编号命名,如马头星云被编为B33号。

一般说来,发射星云和反射星云均为亮星云,亮星云可以通过天文望远镜观察到。由于星云一般距离地球很远,所以肉眼能看到的星云寥寥无几,其中一个能用肉眼看到的星云就是猎户座大星云。冬夜,猎户座高悬南天,猎户座中间三颗恒星排成一条线,十分像猎户的腰带,在腰带下方悬挂的宝刀上,即在猎户座θ星处,有一片模糊的光斑,这就是猎户座大星云。

像猎户座大星云这样的天体本身是不能发光的,50多年前哈勃发现,在每一个像猎户座大星云这样的天体附近,必定有一颗非常炽热的蓝白色的恒星,星云发光是这种恒星的光芒照耀的结果。所以,星云和伴生恒星就像一对孪生兄弟,一个形态美丽,一个激情似火,二者结合在一起就构成了天空中最绚丽的景象之一。

 星际物质

星际物质指的是存在于恒星之间的物质,包括星际尘埃、星际气体、星际磁场及宇宙射线。星际物质的总量约占银河系总质量的10%,它们大都集中在银道面附近,尤其在旋臂中。星际气体中,90%是氢,氦约占10%,其他的元素如锂、碳、氮、氧等总共不到1%。大光度、高温年轻星附近的星际氢,被来自这些星的强烈紫外辐射电离,形成HⅡ区,HⅡ区的大小与本身密度及邻星温度有关,温度越高,密度越小,区域越大,但一般不超过600光年。远离热星,没有被电离的星际氢区,氢原子呈中性状态,称为中性氢区,又称HⅠ区。人们还发现温度很低(10K)的分子氢云,通过毫米波和亚毫米波射电望远镜在这些云中已探测到了76种星际分子,从最简单的氢分子H-2到含有13个原子的HC-{11}N。

星际尘埃指的是直径为0.1~100微米的固态质点,这些质点可能是由水、氨、碳粒、硅酸盐和含铁的物质组成的,在浓密分子云中还发现有冰状物。星际尘埃的总量占星际物质总量的10%。尘埃使星光减弱、红化和部分偏振。星际尘埃微粒经历着复杂的生命循环:星际物质经常受到来自膨胀的超新星遗迹的冲击波、星风和其他力的搅扰,分子云中的许多尘埃微粒是组成新生星的成分,后来又可能在一次星风或超新星爆发中被返抛回星际物质中去。

星际尘埃的发现要回溯到20世纪30年代,特朗普勒对银河系球状星团的研究。当时,他研究银河系中星团的距离和大小,他发现,离太阳越远的星团,它的尺度越大,这似乎意味着太阳又重新成了宇宙的中心。但在哥白尼和沙普利之后,地球或太阳作为宇宙中心的观念已经无法再接受了。那么,又如何解释特朗普勒的观测结果呢原来,为了确定球状星团的大小,需要知道它的角大小和距离。其中,距离是根据恒星的绝对星等和视星等相比而得出的——重要的是,这里并没有考虑传播过程中的消光,如果考虑星际尘埃的消光效应,那么原来估计的距离就偏大了,从而对星团尺度的估计也偏大,据此,特朗普勒指出,在银道面内及其附近存在着消光物质,因此,他的工作证实了存在着星际尘埃。

星际尘埃的发现证明了星际空间是有物质存在的,但是远远不及星际分子的发现那样轰动。寻找星际分子的工作早就开始了,1937年,科学家们用光学望远镜观测星际气体云时,意外地发现了几种双原子分子,也就是由两个原子组成的简单分子。这一发现,给了人们极大的鼓舞,但直到20世纪60年代,对星际分子的发现,才有了长足的进步。1963年,天文学家用望远镜发现了一种新的星际分子——氢氧基分子,它由一个氢原子和一个氧原子组成。1965年,又发现了氢氧分子发射谱线,即“微波波段的激光”。这是美国物理学家在50年代就预见到的。从此,人们对寻找星际分子投入了极大热情。

从1969年发现甲醛分子以来,又发现了许多星际有机分子。就是在河外星系,也发现了好几种分子。截至1978年,共发现了48种星际分子。这里有简单的双原子分子,也有复杂的有11个原子的氰基辛四炔,有水分子,有甲111分子,有氰化氢分子,甚至还发现了乙醇分子。在这些元素中,有同生命过程分不开的水分子和氨分子,有合成氨基酸必不可少的甲醛、氨化氢和丙炔腈分子。这说明宇宙中可能存在氨基酸。氨基酸是构成蛋白质和核酸的主要原料,而生命就是蛋白质的存在方式。

其实星际尘埃往往和星际分子混在一起,这表明尘埃对分子的形成可能起着某种作用,由于星际原子十分稀薄,直接相遇并结合为分子的可能性很小,而粘附在尘埃上的氢原子却比较容易结合为氢分子,然后再返回星际空间。星际分子的形成,特别是多原子分子的形成,星际气体的化学反应等都还是有待探索的课题。

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