大自然不僅是一名工程師，更是一位藝術(shù)家。
上一期中我們領(lǐng)略了它如何精妙的構(gòu)造出了我們的家園銀河系；這一期，我們將一起探討宇宙中最具藝術(shù)感、顏值最高的天體——星云。
我們?nèi)庋勰軌蚩吹降臐M(mǎn)天繁星，除了水、金、火、木、土五顆行星之外，都是銀河系中的恒星，在我們觀測(cè)者眼中它們都是點(diǎn)光源。然而，有一種天體在我們望遠(yuǎn)鏡中的成像則呈現(xiàn)出彌散的面狀結(jié)構(gòu)，它們形態(tài)各異，變化萬(wàn)千。早期人們用“星云”一詞來(lái)泛指這種具有擴(kuò)散形狀的天體（其中還包括了部分彗星、星團(tuán)以及河外星系）?！靶窃啤痹醋岳≌Z(yǔ)的nebulae ，原意是“云”，外形上它們確實(shí)猶如白云一樣展現(xiàn)出了豐富的形態(tài)變化，給人以美感和震撼，例如以植物命名的玫瑰星云；以動(dòng)物命名的貓爪星云、以人物命名的女巫頭星云等等。
圖1：從左到右分別為玫瑰星云、貓爪星云和女巫頭星云。圖片來(lái)源：Andreas Fink, 2012；George Varouhakis；Noel Carboni。
通過(guò)現(xiàn)代的天文觀測(cè)手段，我們已經(jīng)知道，星云是宇宙中由于引力束縛而聚集在一起的星際氣體、塵埃和等離子體的集合。星云的尺度大約為3光年到300光年，其平均密度一般約為每立方厘米幾十到幾百個(gè)原子。星云的內(nèi)部往往包裹著高溫致密的天體（新生的恒星或死亡的恒星），它們向外輻射出高能的光子會(huì)將這些外圍氣體電離，從而發(fā)射出包括可見(jiàn)光在內(nèi)的各個(gè)波段的輻射，形成了絢爛多姿的星云圖案。星云的“顏色”取決于它的化學(xué)組成和被電離的程度，由于星際間氣體的成分絕大部分是在相對(duì)較低能量下就能電離的氫，所以許多星云的顏色都是偏紅色的。如果有更高的能量能造成其他元素的電離，那么就會(huì)呈現(xiàn)出綠色和藍(lán)色等等。
天文學(xué)家將這些五彩斑斕、形態(tài)百變的星云按形態(tài)的不同主要分為了三種主要類(lèi)型，它們分別是：彌漫星云、行星狀星云和超新星遺跡。
1. 彌漫星云
這種星云沒(méi)有規(guī)則的形狀，也沒(méi)有明顯的邊界，平均直徑大約為幾十到幾百光年。在彌漫星云的范疇中最為主要的是發(fā)射星云和暗星云。發(fā)射星云一般位于恒星形成區(qū)（也稱(chēng)為HII區(qū)或電離氫區(qū)），其中的氣體和塵埃在引力作用下向凝聚中心塌縮，新一代的恒星就在這些區(qū)域中形成。這些年輕的恒星發(fā)出高能的紫外波段輻射，使外層的氣體發(fā)生電離。最著名的發(fā)射星云是獵戶(hù)座大星云，它是銀河系中一個(gè)典型的恒星形成區(qū)，大量年輕的恒星正在其中孕育和誕生。
圖2：獵戶(hù)座大星云（M42，NGC1976）。圖片來(lái)源：NASA, ESA, M. Robberto
暗星云是本身不會(huì)發(fā)光的一種星云，它由濃密的氣體和塵埃組成，從而使這類(lèi)星云具有較大的密度，大到足以遮擋后方的發(fā)射星云或背景恒星。最著名的暗星云當(dāng)屬馬頭星云。馬頭星云主要是由濃厚的塵埃組成，從地球的方向看去，黑暗的塵埃和旋轉(zhuǎn)的氣體構(gòu)成的形狀猶如馬頭。襯托它的背景為明亮的發(fā)射星云IC 434。
圖3：馬頭星云（Barnard33）。圖片來(lái)源：European Southern Observatory
2. 行星狀星云
行星狀星云是質(zhì)量較小的恒星演化至老年的紅巨星階段后，其外層氣體殼層向外膨脹并同時(shí)被電離，從而形成的向外擴(kuò)展?fàn)畹陌l(fā)射星云。雖然它的名字里有“行星”二字，但其實(shí)與行星毫無(wú)關(guān)系，只是最初天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)這種星云的輪廓大多呈圓形，直觀上看與行星類(lèi)似。著名的貓眼星云和環(huán)狀星云就是行星狀星云的典型代表。
圖4：貓眼星云（NGC6543）與環(huán)狀星云(M57)。圖片來(lái)源分別為：J.P.Harrington and K.J. Borkowski (University of Maryland), and NASA；The Hubble Heritage Team (AURA/STScI/NASA)
3. 超新星遺跡
如果說(shuō)上述的行星狀星云來(lái)自恒星“緩慢”的死亡過(guò)程，那么超新星遺跡則是恒星“劇烈”毀滅后的產(chǎn)物。它是超新星爆發(fā)時(shí)拋出的物質(zhì)在向外高速膨脹的過(guò)程中與星際介質(zhì)相互作用從而形成的云狀或殼狀的延展天體，也屬于發(fā)射星云。我們最熟悉的超新星遺跡是蟹狀星云，它對(duì)應(yīng)的超新星正是由我國(guó)宋代所記載的1054年突然變亮的“天關(guān)客星”。
圖5：蟹狀星云（NGC 1952）。圖片來(lái)源：NASA, ESA, J. Hester and A. Loll (Arizona State University) -HubbleSite
當(dāng)我們欣賞這一幅幅美麗的星云圖像時(shí)，你可曾想到，它們所展現(xiàn)的美正是來(lái)自恒星演化中生生不息的循環(huán)，那些由上一代恒星深處的熱核反應(yīng)所形成的各種元素，在恒星死亡之時(shí)被拋向深空，這些物質(zhì)形成了絢麗的產(chǎn)物——星云。而星云又將作為原材料，在時(shí)間的長(zhǎng)河中去形成下一代恒星。我們每個(gè)人身體里的每個(gè)原子，都來(lái)自恒星的死亡與再生的輪回過(guò)程。
如果恒星的一生是一首交響樂(lè)，那么星云既是它壯美的終章，又是它華麗的序曲。我們對(duì)星云的研究，貫穿著恒星的誕生與死亡，它將為人類(lèi)打開(kāi)一扇窗，通往理解天體演化和物質(zhì)循環(huán)的終極規(guī)律。
我們今天的故事就講到這里，下期我們將走出銀河系，去看看其他星系和星系團(tuán)。下期見(jiàn)，來(lái)自星云的你。
