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第5章 宇宙的奥秘(5)

发射星云

发射星云是受到附近炽热光量的恒星激发而发光的,这些恒星所发出的紫外线会电离星云内的氢气,令它们发光。在天空中有很多为人们所熟悉的发射星云,如M42猎户座大星云,其目视星等为4等,肉眼可见。它距离我们1600光年,其直径为30光年。利用小口径望远镜已能轻易观测到气状的情况以及位于其中心部分的四合星(利用大口径望远镜可看到6颗),这四合星是在猎户座大星云中心形成的。

反射星云

反射星云与呈红色的发射星云不同,反射星云是靠反射附近恒星的光线而发光的,呈蓝色。反射星云的光度较暗弱,较容易观测到的例子是围绕着金牛座M45七姊妹星团的反射星云,在透明度高且无月的晚上,利用望远镜便可看到整个星团是被淡蓝色的星云包裹着的。

暗星云

暗星云是银河系中不发光的弥漫物质所形成的云雾状天体。和亮星云一样,它们的大小和形状是多种多样的。小的只有太阳质量的百分之几到千分之几,是出现在一些亮星云背景上的球状体;大的有几十到几百个太阳的质量,有的甚至更大。它们内部的物质密度也相差悬殊。

行星状星云

与先前提及的三类星云不同,行星状星云是恒星晚年时的产物。透过望远镜观测可知,大部分行星状星云呈行星般的圆盘状,实则与行星没有任何关系。

当一颗低质量恒星步入晚年时便会膨胀成红巨星,而当膨胀至某一程度,便会再次向内坍缩,在这个过程中,部分物质会继续向外膨胀,形成气壳(即行星状星云),而中心则会形成白矮星。普遍行星状星云的生命是十分短暂的,通常这些气壳会在数万年之内便逐渐消失。不是所有行星状星云都是呈圆面的,有些行星状星云的形状十分独特,如位于狐狸座的M27哑铃星云及英仙座中M76小哑铃星云等。

随着科技的不断进步,人类对星云的诸多奥秘将会有更多的发现。

“宇宙岛”的秘密

如果说银河系是一个巨大的“星城”,那么宇宙间是否仅此一个“孤城”呢?

科学家研究发现,在广袤无垠、浩瀚辽阔的宇宙空间,还有许许多多像银河系一样的“星城”。这些星城都是与银河系属于同一级的庞大系统。一般用肉眼看不见,就是通过一般望远镜去观察,也只是一片雾气,跟星云一样。此前,人们一直把它们也当作星云,后来经过深入的研究,天文学家才发现它们和星云完全是两码事。河外星云实际上是和我们银河系类似的星系的内部成员,是由气体和尘埃组成的。

今天,人们估计河外星系的总数在千亿个以上,它们如同辽阔海洋中星罗棋布的岛屿,因此也被称为“宇宙岛”。

看到这里,你也许要问:河外星系究竟是怎样被发现的呢?

关于河外星系的发现过程可以追溯到200多年前。在当时法国天文学家梅西耶为星云编制的星表中,编号为M31的星云在天文学史上有着重要的地位。

初冬的夜晚,熟悉星空的人可以在仙女座内用肉眼找到它——一个模糊的斑点,俗称仙女座大星云。从1885年起,人们就在仙女座大星云里陆陆续续地发现了许多新星,从而推断出仙女座星云不是一团通常的、被动地反射光线的尘埃气体云,而一定是由许许多多恒星构成的系统,而且恒星的数目一定极大,这样才有可能在它们中间出现那么多的新星。

假设这些新星最亮时候的亮度和在银河系中找到的其他新星的亮度是一样的,那么我们就可以大致推断出仙女座大星云离我们十分遥远,远远超出了我们已知的银河系的范围。但是由于用新星来测定的距离并不很可靠,因此也引起了争议。

1923—1924年间,美国著名天文学家哈勃用当时世界上最大的2.4米口径的望远镜在仙女座大星云的边缘找到了被称为“量天尺”的造父变星,并利用造父变星的光变周期和光度的对应关系推算出仙女座大星云与我们的距离。这一距离表明它是在银河系之外,是类似银河系一样的恒星天体系统,是由几十亿至上千亿颗恒星以及星际气体和尘埃物质等组成的天体系统。因此,仙女星云应改称为仙女星系。

从河外星系的发现,可以反观我们的银河系。它仅仅是一个普通的星系,是千亿星系家族中的一员,是宇宙海洋中的一个小岛,是无限宇宙中很小很小的一部分。

星座里的星云有“亮星云”和“暗星云”两种。一般来说星云本身不能发光,而“亮星云”其实是借助别人的力量才“发”光的。假如一片星云附近有一颗恒星,那这片星云就能反射恒星发出的光而现出光亮来,这就像月亮反射太阳光一样,这样亮的星云我们也称它为反射星云。还有一类星云,在它们中间有一颗恒星,星云吸收恒星的紫外辐射,再把它转变为可见光发射出来,这样我们也能看见这个星云,这样的亮星云被称为发射星云。如果在星云附近和中央都没有恒星,那这个星云我们也就看不到,因此叫它暗星云。

1926年,哈勃根据星系的形状等特征,系统地提出星系分类法,这种方法一直沿用至今。他把星系分为三大类,即椭圆星系、旋涡星系和不规则星系。旋涡星系又可分为正常旋涡星系和棒旋星系。对星系的分类是研究星系物理特征和演化规律的重要依据。

随着人类对外太空的不断探索,宇宙空间的真实模样就会越加清晰地呈现在我们面前。

棒旋星系之谜

神秘的宇宙中存在着大量的星系和星系团,它们因为各种优美的空中姿态而被命名。那究竟什么是棒旋星系呢?

天文学家通过长期的观察发现,有一些星系和银河系的大小很接近,而且它们都有个棒状的核心,因此,它们都被归类成棒旋星系。

棒旋星系是一种有棒状结构贯穿星系核的旋涡星系。在星系的分类中,用符号SB表示,以区别于正常螺旋星系S。

在全天的亮星系中,棒旋星系约占15%。当统计到较暗的星系时,棒旋星系的比例提高到25%。棒旋星系在质量、光度和光谱上,在成员天体的星族类型、气体和尘埃的分布、星系盘和星系晕的结构以及空间分布的特性等方面,都和正常的螺旋星系相似。

按照哈勃的分类法和沃库洛的分类法,棒旋星系可分为三类:正常棒旋星系SBa、SBb、和SBc;透镜型棒旋星系SBo;不规则棒旋星系SBd和SBm。

正常棒旋星系的特征是棒状结构明显,旋臂从棒端伸出,通常与棒体成90度角。旋臂从a到e越来越展开。SBa和SBb的棒状结构光滑,而SBc的棒体和旋臂上都有明显可见的亮星、亮节或亮团。

透镜型棒旋星系SBo与椭圆星系的不同之处则是没有旋臂,它的外形犹如希腊字母的“Θ”,即中心有一亮核,核外为一圈亮度较暗并与核共心的透镜型星系盘,棒体的两端一般交于盘体的周边之上。

不规则棒旋星系SBd和SBm的棒状结构不一定在星系的中心位置上。棒状结构的光度占星系光度的10%~20%,颜色往往比旋臂红。

棒旋星系在运动上有共同的特征,其核心常为一个大质量的快速旋转体,运动状态和空间结构复杂,棒状结构内部和附近的气体和恒星都有非圆周运动。

星系盘在星系的外部似乎居主要地位,占星系质量的很大一部分。棒旋星系有许多谜团等待人们解答,如棒状结构是怎样形成的,它在星系演化过程中起什么作用,等等。

随着科学的发展,人类会更加了解棒旋星系。

恒星形成之谜

绚丽的繁星,永远是夜空中最美丽的一道景致。

恒星是指宇宙中靠核聚变产生的能量而自身能发热发光的星体。过去天文学家以为恒星的位置是永恒不变的,以此为名。但事实上,恒星也会按照一定的轨迹围绕着其所属星系的中心旋转。恒星是宇宙中最基本的成员。太阳就是一颗典型的恒星。

恒星是由内部能源产生辐射而发光的大质量球状天体。在星际空间普遍存在着极其稀薄的物质,主要由气体和尘埃构成。星际物质在空间的分布并不是均匀的,通常是成块地出现,形成弥漫的星云。星云中3/4质量的物质是氢,处于电中性或电离态,其余约1/4是氦以及极少数比氦更重的元素。在星云的某些区域还存在气态化合物分子,如氢分子、一氧化碳分子等。如果星云里包含的物质足够多,那么它在动力学上就是不稳定的。在外界扰动的影响下,星云会向内坍缩并分裂成较小的团块,经过多次的分裂和坍缩,逐渐在团块中心形成了致密的核。当核区的温度升高到氢核聚变反应可以进行时,一颗新恒星就诞生了。

现代天体演化理论认为,星际物质的吸积形成原恒星。当内核温度不断增高,密度不断增大,直到质子反应或碳循环反应开始时,原恒星便产能而发出辐射,成为恒星。正常恒星在主星序阶段度过整个生命史的绝大部分时间。随着内核的氢燃料枯竭,恒星外壳膨胀,光度增大,颜色变红而成为红巨星。此后的变化要看恒星的质量、角动量以及它是否为密近双星的成员而定。对于单星,当红巨星的外壳消散,残存质量小于1.3个太阳质量,它将变成高密度的白矮星。若剩余质量在1.3~2.0太阳质量之间,则会进一步坍缩为致密的中子星。若残存质量大于2.0个太阳质量,则根据理论将会坍缩到史瓦西奇点,形成一个黑洞。对于密近双星的两个子星,由于在演化过程中有物质交流,两子星各自的形态和结构都在迅速改变。当一子星演变为白矮星,又吸积另一子星的物质时,白矮星会爆发为新星或其他类型的激发变星。密近双星的演化还有可能导致灾变爆发,即一子星因失去平衡而变成超新星。坍缩的残核可能成为高速自转并向外发射射电、光学和(或)X射线等波段辐射的脉冲星。

不同恒星的直径差别非常巨大。白矮星的半径约为太阳的百分之一量级,即地球半径的量级。中子星的半径理论值通常取为约10千米。红超巨星参宿四的半径约为太阳的900倍,比火星绕日轨道半径大得多。食双星仙王座VV中的红超巨星半径约为太阳半径的1600倍,比木星绕日轨道半径还大。某些红外星的半径大概比红超巨星还要大。

恒星的结构从里往外,分为光球、色球和星冕。正常恒星的大气处于流体静力平衡态。光球之下直到内核中心叫恒星内部。内部结构用压力、温度和密度随深度的变化表示。恒星内核以核反应方式产能。

恒星的生死之谜

宇宙里,最耀眼的要属能发光发热的恒星了。但恒星会一直存在吗?

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