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哑铃星云
（2006年05月30日 17:26:16）
来源：《太空探索》
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□作者: 温学诗
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我们在前几期连续给大家介绍了几个明亮的球状星团，本期我们奉献给大家的是全天最美丽的行星状星云——狐狸座哑铃星云。哑铃星云在梅西叶星表中排在第27位，故简称M27，在NGC星表中排在第6853位，因此也叫NGC6853。它是最早发现的行星状星云，也是最明亮最美丽的行星状星云。许多天文爱好者都把它做为观察和拍照的最佳选择。
哑铃星云在哪里？
要知道哑铃星云的位置，我们当然首先要知道狐狸座在哪里。提起狐狸座，大家似乎并不是太熟悉。确实，狐狸座不是古希腊划分的星座，它是在1660年，由波兰天文学家赫维留斯建议设立的。因此与星座相关的希腊神话故事中没有狐狸这个角色。狐狸座是一个很小的星座，按大小排列位居全天88个星座的第55位。位于天赤道附近，明亮的银河区域。它的北边是著名的天鹅座和天琴座，南边是海豚座和天箭座，东边是飞马座，西边是武仙座。
每年夏季是观察狐狸座的有利时机。但是，狐狸座非常暗淡，这里根本就没有比较显眼的亮星，这个星座中最亮的一颗星——狐狸座α星的视星等仅仅只有4.4等。不过没有关系，我们利用明亮的夏季大三角，可以比较容易找到这个暗弱的小星座。夏季大三角是夏季星空最醒目的特征，是由天琴座α星（织女星）、天鹅座α星（天津四）和天鹰座α星（牛郎星）这三颗超级明亮的恒星组成的。织女星位于银河的西岸，牛郎星在东岸，天津四正好在淡淡的银河中发出耀眼的光芒。而我们今天的主角狐狸座就位于天津四和牛郎星这两颗亮星的中间。
那么，哑铃星云又在哪儿呢？我们假想将天津四和牛郎星这两颗亮星连接起来，并将这条连线分成5等份。从牛郎星开始数2等份，再从2等份的地方往西挪2度，哑铃星云就在那儿了。
哑铃星云的风采
哑铃星云是大家公认的行星状星云当中最美丽的一个。其实，它在行星状星云当中并不是最大的，也不是最亮的，然而一些较大的行星状星云很暗，而一些较亮的行星状星云又很小，如此一来，哑铃星云成为行星状星云当中的佼佼者。1764年，法国天文学家梅西叶首先发现了它。它的视亮度为7.6等，在天空中的张角大约是8′×4′ ，距离大约是1000光年。当然，人们认为这个距离并不精确，目前，一项利用哈勃空间望远镜进行的测量工作正在展开，希望能够得到更准确、更可靠的哑铃星云的距离。
1764年7月12日，梅西叶首次观测到它时，留下了这样的描述：“这是一个没有恒星的云雾状天体，通过口径９厘米的望远镜很容易观测到它。它的外形呈卵形，其中没有任何恒星……”显然，梅西叶没有观察到哑铃星云的中心星。我们现在知道，行星状星云是类太阳恒星演化到晚期以后的产物。演化到晚期的类太阳恒星经过膨胀成红巨星的阶段以后又会收缩成为白矮星，并抛射出大量气体，形成了行星状星云。因此，每一个行星状星云的中心都有一颗白矮星。哑铃星云的中心星是一颗亮度仅为12等的白矮星，难怪梅西叶没有看到它了。
哑铃星云很漂亮，它的形状长而两端宽圆，很像两把打开的折扇对顶在一起，看起来又好似一只体育锻炼用的大哑铃，因此人们赋予了它这个形象的名称。有人试过即使在中等良好的天空条件下，这个天体在他的10×50双筒镜中也表现得很令人满意。通过口径15厘米的小型天文望远镜就能欣赏到哑铃星云清晰美丽的形象。如果有一架口径更大一些的天文望远镜，那么我们还可能看到这个美丽的哑铃还有一个延伸出去的暗晕，其张角超过15'。
行星状星云的形状之谜
哑铃星云是行星状星云中的一个。行星状星云是一类很特殊的非常美丽的气体星云。天文学家估计在银河系中共有四、五万个行星状星云，目前已发现大约2000个。在银河系的近邻星系如大麦云、小麦云和仙女座大星云中也发现了一些行星状星云。
行星状星云一般都比较暗，只能用望远镜进行观测和认证。通过大望远镜可以看出行星状星云中心的那颗体积很小、温度很高的中心星。大多数行星状星云都呈绕中心星对称的圆环状或圆盘状、椭圆状，或者是蝴蝶状，每一个都是那么妩媚动人。行星状星云是气体星云，这些气体是在中心星强烈的紫外辐射的激发下发光发亮的。星云在不断地膨胀，速度约为10～50千米/秒。星云的内部物质稀薄，而边缘则比较稠密。
但是，我们看到的行星状星云的形状，那是它们在天球上的投影。它们的真实形状是什么样子呢？这一直是一个未解的宇宙之谜。
在加拿大卡尔加里大学的加籍华人教授郭新先生是行星状星云领域的权威专家。近年来，郭新教授等人利用最先进的望远镜对行星状星云作了更深入的研究后发现，所有的行星状星云的结构基本上都是相似的。它们基本上都呈蝴蝶状，因为它们是以不同的角度对着我们，我们看上去它们就变成了各种不同的形态。比如由赫歇尔发现的第一个行星状星云M57，它的形状也是蝴蝶状，由于我们从它的侧面看，它就成了环状。假如它是正面对向我们，那它就不会有环状星云的名称了。郭新教授给出一幅示意图，使我们一目了然，并且他将行星状星云统称为太空蝴蝶。
太空蝴蝶是怎样形成的？
行星状星云是红巨星晚期演化的产物，而红巨星又是质量和太阳相当的这一类小质量恒星演化晚期所经历的一个重要的阶段。红巨星是不稳定的星，大约能维持10亿年左右。当红巨星中心区域的核燃料燃烧殆尽，辐射压大大降低，远远不能与引力相抗衡，导致中心区域坍缩，形成白矮星。白矮星是恒星晚期演化的三个可能归宿之一，其他两个归宿是中子星和黑洞。红巨星的星风非常强，外层大气的逃离速度大约为10千米/秒，经过几百万年会把红巨星的大部分大气都带走，使中心的白矮星裸露出来。白矮星的星风速度更快，可达2000千米/秒，很快就能赶上红巨星抛出的物质。速度快的星风追赶上以前的慢速度星风，两者相互作用就形成行星状星云的气壳和一些复杂的结构。郭新教授形象地称之为“铲雪”理论。
由于不断膨胀，星云物质的密度会越来越小，最终必将完全消失在广袤无垠的宇宙之中，到那时行星状星云也就寿终正寝了。按照行星状星云的膨胀速度推算，它们的寿命只有3万年左右。在已有150亿年历史的宇宙中，行星状星云的寿命实在是太短暂了，这也就是银河系拥有2000亿个恒星，而行星状星云仅有几万个的原因。
那么，红巨星是圆球形的，它演变成行星状星云时为什么会变成蝴蝶形呢？它是在什么时候变成了蝴蝶形？这是郭新教授多年来一直潜心研究的课题。他和同事们利用目前世界上一批高质量的红外望远镜发现了30多个刚刚从红巨星脱胎换骨变成的年轻的行星状星云，比如水莲星云、胡桃星云等，并将这些行星状星云命名为前行星状星云。他发现这些前行星状星云已经呈蝴蝶状，说明蝴蝶状早就形成了。行星状星云的形成过程就像飞蛾从蛹中飞出来一样，真是令人难以置信，但这就是事实。从圆球形的红巨星变成蝴蝶形的行星状星云大约需要一两千年的时间。然而，圆球形的红巨星为什么能变成蝴蝶形的行星状星云呢？是什么样的物理机制能使“圆球”蜕变成“蝴蝶”？目前，这个宇宙之谜尚无令人满意的解释。
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