[科普中国]-环状星云

环状星云（Planetary nebulae），也被称之为“Messier 57”，意为行星状星云，因此类星云中心有颗高温星，外围环绕着一圈云状物质，就好像行星绕着太阳似的而得名，也有因其形状像一个光环，所以又称为环状星云。

50亿年后，在太阳演化的末期，太阳将会失去外层气体物质，中心形成一颗炽热的致密白矮星。白矮星发出的辐射能够激发环绕在其周围的气体物质发出多彩的光线。随着气体物质的逐渐远离，就会变得越来越暗淡，当太阳熄火后就会形成这样的环状星云。1

成因其成因系由超新星爆炸所致，当一颗质量在太阳的1.4～2倍的恒星发生爆炸时，其外部物质被抛向太空，形成圆形的星云，而星球的核心部份则被压缩成密度极大、温度极高的中子星，把抛出到周围的物质照亮而无人看到，即为环状星云，这和气状星云、系外星云的性质完全不同，此类星云在数量上远比他类星云星团为少。

特征描述主环大小约一光年，视星等8.8等（照相星等9.7等），距地球约2000光年。因形象美丽的圆环，故又被称为“戒指星云”。以现时膨胀的速度测定，M57是在6000年至8000年前的一次恒星（中心星）爆发而形成的。

M57由于较小，所以较难辨认出来；需要借助放大100倍以上的倍率才能把椭圆环显现，在大口径望远镜中和十分好的大气条件下，可在星云背景中看见几颗非常暗淡的前景星或背景星；用分阶段曝光手法，更能拍到其物质晕，首先以电脑合成的照片是日本的“昴”望远镜（Subaru）（1999年），然而天文爱好者亦能通过数码感光器材与滤镜合成以中等口径（四吋至六吋）望远镜拍到这十分暗弱的外环。

发现过程环状星云的发现者是英国著名天文学家弗里德里希·威廉·赫歇尔(Friedrich Wilhelm Herschel）。当时，赫歇尔还是英国皇家乐队的一名钢琴师，但他酷爱天文学，经常用望远镜观测星空。1779年夏季的一天晚上，当赫歇尔把望远镜对准天琴座的时候，在密密麻麻的恒星当中，发现了一个略带淡绿色、边缘较清晰的呈小圆面的天体。他模模糊糊地看出它应该是一个星云。但这是一种什么类型的星云呢？赫歇尔也不知道。由于他的望远镜分辨率太差了，他看不清楚星云的细节，只是看它的模样与大行星很相像，于是赫歇尔就把这类星云命名为行星状星云。事实上，行星状星云与行星毫无关联，然而这个不恰当的名称却被人们一直沿用下来。与赫歇尔同时代的法国天文学家安东尼·达尔奎耶与赫歇尔同时也发现了这个天体，他是在观测1779年出现的彗星时看到它的。法国天文学家梅西叶把这个天体收入自己编制的星表中，排在第57位，简称M57。

随着观测能力的不断提高，人们后来又陆续发现了不少行星状星云，截至2005年，观测的总数为1000多个。天文学家估计在我们的银河系中大概一共有四五万个行星状星云，只是由于它们都隐藏在太空深处，实在是太小太暗了，以致我们目前还不能发现它们。2

寻找方法

要看环状星云的话，先要找到它。环状星云位于天琴座。夏天的夜晚是观察天琴座的最佳时间。夏夜的星空丰富多彩，最重要的特点是，一条发出淡淡白光的银河横跨天空，面积不大的天琴座就位于银河的近旁。

织女星是天琴座α星，它在全天21颗最亮恒星表中排名第5。织女星与另外两颗亮星，一个是在全天21颗最亮恒星表中名列第12的天鹰座的牛郎星，另一个是名列第20的天鹅座的天津四，三颗亮星组成了著名的夏季大三角。织女星在银河的西岸，牛郎星在银河的东岸，两星隔着银河遥遥相望，而天津四则在朦朦胧胧的银河当中熠熠发光。

夏季大三角在夏夜星空中特别醒目，我们通过夏季大三角很容易就能找到织女星和天琴座。环状星云M57就隐藏在明亮的织女星东南方大约7度远的地方。

环状星云的视直径仅1′多，视星等为9.3等，距离我们1410光年。环状星云美丽异常，而且用小型望远镜就能观测到，因此它成为广大天文爱好者最喜爱观测和拍摄的对象之一。在小型望远镜中，它是什么样子呢？当年赫歇尔描述它是“一个有洞穴的星云或者是星环”，“星云中心有一个对称的同心的黑斑。星云可能是由恒星组成的星环，呈椭圆形，短轴与长轴之比约为83:100。”

在现代大型天文望远镜里，M57是一个非常美丽动人的椭圆形光环。光环的内边缘为淡绿色，外边缘为红色，两边缘之间的中间部分是淡淡的黄色，宛如一个精工细作的工艺品戒圈。因此也有人称它为指环圈星云。环的中心有一颗目视星等为14等的白矮星，它就是环状星云的中心星，是一颗表面温度高达十几万度的高热星。在中心星的辐射下，环绕在中心星周围的星云物质中的气体原子受到激发而发光，不同的气体原子发出不同颜色的光。环的内边缘距中心星较近，紫外辐射较强，星云气体中的氧和氮原子受激发出绿色的光；环的外边缘距中心星较远，紫外辐射弱一些，星云气体中的氢原子受激发出红色的光。

天文学家还发现，环状星云事实上是一个球状星云，由于我们是从遥远的地方去看这个球状的气体壳层，显然，我们看到的星云外围部分的物质要比中心部分的厚得多。因此，我们就将这个球状气体星云看成了环状星云。2

天文研究根据美国宇航局的哈勃太空望远镜拍摄的照片，环状星云的外形并不像百吉饼，而是像果酱甜甜圈，因为星云的中央充斥着大量物质。星云是由尘土、氢气、氦气以及其他气体构成的一个星际云。

研究小组领导人、美国范德比尔特大学(位于田纳西州的纳什维尔)的罗伯特-奥德尔表示：“这个星云的外形并不像百吉饼，而是像果酱甜甜圈，因为中央充斥着大量物质。”奥德尔和他的研究小组利用哈勃太空望远镜以及一些地面望远镜获取这个标志性星云的更清晰图像。照片显示环状星云是一个更为复杂的结构，超过天文学家此前的想法。借助于新观测数据，他们绘制了迄今最为准确的环状星云3D模型。

奥德尔表示：“借助于哈勃望远镜提供的细节，我们发现了这个经典星云与此前认为的完全不同的形状。哈勃望远镜获取的新观测数据提供了有关这个星云的更多细节，我们也因此得知这个星云并不像我们此前认为的那么简单。”

环状星云距地球大约2000光年，宽度大约1光年。这个星云坐落于天琴座，是天文学家的一个宠儿。此前借助望远镜进行的观测就已经发现环状星云中央区域存在大量物质。这一次，哈勃望远镜的宽视场照相机3号提供了较过去观测更为丰富的细节，让科学家进一步了解这个星云。

奥德尔的研究小组认为这个环环绕一个蓝色足球形结构。这个结构的每一端都突入到环的对边。环状星云斜对地球，因此，天文学家能够看到它的“正脸”。在哈勃望远镜拍摄的照片中，蓝色结构是发光的氦气。环中央的白点是白矮星产生的辐射，导致氦气发光。这颗白矮星是一颗类日恒星的残余，耗尽了氢气燃料并且剥离了外层的气体层。

哈勃望远镜所拍照片的细节让奥德尔的研究小组感到吃惊。照片显示环内缘一带分布着暗淡的不规则密集气体结，好似自行车轮的轮辐。这些气体须在膨胀的炙热气体进入白矮星释放的冷却气体时形成，受到白矮星紫外光辐射侵蚀的可能性不大。

哈勃望远镜拍摄的照片允许研究人员将气体结与明亮主环周围的光柱进行比较。在其他行星状星云内，天文学家也曾发现类似的密集气体结。对环状星云的命运进行研究有助于了解太阳在未来60亿年的演化。奥德尔说：“在变成一颗白矮星时，太阳也会剥离外层的气体层，温度逐渐升高。一旦温度达到足以照亮气体的程度，物质会进一步远离太阳。距离更远意味着太阳的星云更为暗淡。”

环状星云(也被称之为“Messier 57”)图像，展示了生动的外形和色彩。从地球的角度观察，这个星云呈简单的椭圆外形，边缘较为粗糙。根据哈勃太空望远镜以及一些地面望远镜进行的新观测，环状星云的外形好似一个扭曲的甜甜圈

环状星云的合成图像，结合了哈勃望远镜宽视场照相机3号以及美国亚利桑那州的大双筒望远镜获取的新观测数据。在这幅图像中，色彩绚烂的环状星云与周围的暗淡太空形成鲜明颜色对比。大双筒望远镜是格雷厄姆山国际天文台的一部分

这幅图像展示了环状星云的侧向几何外形和结构，星云的宽大晕轮和内部区域，低密度物质团向外伸出，远离地球，中央的白点是白矮星产生的辐射，导致氦气发光数字巡天项目获取的一幅图像，展示了环状星云及其周围太空。

其他环状星云天琴座位置：赤经18h51m.7；赤纬+32°58'（1950年分点）；光度9.3等；视直径83"×59"；距离1800光年3。

位置在天琴座β与γ之间靠近β约2/5处，寻找时需用4～5cm 40倍以上之寻星镜，方能约略的呈现圆面来，5cm 7倍双筒镜虽亦能见，但只是和恒星像差不多而不易分别。 6cm 40倍镜则可看出圆面中隐约有小黑点，8cm 60～100倍则可看成圆环状，15cm 100～150倍则更清楚，且可看出椭圆形环的长轴两端略暗的区别来。如用20cm镜尚可看到环内13等的中心星来，另外还有一颗15.5等的暗星则需60cm以上的大望远镜了。

此星云现仍在以每秒19km的速度膨胀中，从分光观测中发现此星云只有连续光谱，既无辉线也没有暗线（吸收线），似乎缺乏氢及氦的特殊天体。

虽然它的视直径只有1'多一点，看起来很小，光度也只有9.3等，但感光作用却很强，用300mm以上的镜头，使用柯达Tri X底片，曝光3～5分钟追踪即可照出环状来。

狐狸座位置：赤经19h57m.4；赤纬+22°35'（1950年分点）；光度7.6等；视直径8'×6'；距离720光年。

位置在没有亮星的狐狸座，寻找时可由天琴座的γ星与天鹅座头部的β连线再延伸相等距离处，在它北边25'有颗14号星，以此星为中心约1.°5的半径上又有12、13、16、17号四颗五等星围绕成半圆形，也可把这五颗星连接成M形，则M27就在中间的14号星之南约一个月亮直径处，寻找并不很困难。

因M27为M天体的环状星云中最亮最大者（约有月亮直径的1/4），即或用5cm 7倍的双筒镜也可看出长方形，6cm 40倍镜看来长方形的中间稍细，8cm 40倍即可分辨出不是长方形而是圆形，两边成弧状向内凹进去，15cm镜可见星云中浓淡不均，20cm镜则可看到13等的中心星了。

由于它的形状两头大中间细，好像体育用的哑铃，故称之为「哑铃状星云」（dumb bell nebula）。

此星云实直径约1～2光年，现仍以每年0".068的速度继续膨胀中，依此速度倒推约在3～4000年前发生爆炸，其中心星光度虽只有13等，但其温度却高达85,000度（绝对温度）。该星云现正以每秒41km的速度向我们接近中。

由于它的面积大且亮，也是摄影的好对象，50mm的标准镜头用柯达Tri X曝光20秒，固定摄影即可照出能认出位置的照片来，200mm F4的镜头用追踪法曝光10分钟约可看出长方形，口径10cm以上F5的望远镜直接焦点曝光10分钟追踪，即可照出哑铃的形状来，口径愈大愈清楚。

在图中尚有M56球状星团及M29及M39两个疏散星团，因篇幅所限不作介绍，仅标出位置以供寻找时的参考。

本词条内容贡献者为:

赵阳国 - 副教授 - 中国海洋大学