星空蝴蝶—行星狀星雲（2004/03/08） 「恆」星並非永恆的，它與我們人類一樣，也有誕生、衰老、生病、死亡的過程，只是它比人類的壽命更為長久。例如我們的太陽可以活一百億年；即使比較短命的，例如天琴座的織女星，也可活到一千萬年。另外，當人衰老時，會變得體弱無力、精力衰退，但恆星死亡時，核心溫度卻會上昇，體積增大，甚至很有活力的產生漂亮而壯觀的「行星狀星雲」，它是如何的起源，與恆星的死亡有何關係？這都是當今天文物理上一個重要的研究課題。
我們的太陽目前已度過四十多億年的歲月，再過五十億年後，它核心的溫度會昇高，半徑則膨脹到一百倍，遮蓋住了大半個天空。那時在地球上看日出、日落，都需要好幾個小時，最後太陽的表面會觸及到地球的軌道，亮度則增加為數百至數千倍，地球上的萬物眾生都焚燒殆盡。此時太陽已膨脹成為一顆紅巨星，然後會產
生一個比目前太陽系大五百倍的行星狀星雲。第一個所發現的行星狀星雲，為法國的梅西爾在1764年所發現的狐狸座的M27啞鈴星雲，由於外形為圓錐狀，故稱為行星狀星雲。目前所發現的行星狀星雲約有兩千個，每個行星狀星雲的中央都有一顆恆星，並且有條「對稱軸」，如果我們將對稱軸對摺，會發現兩面可以完全重疊。
→第一個所發現的行星狀星雲，法國的梅西爾於1764年所發現狐狸座的M27啞鈴星雲
1956年，前蘇聯天文學家史洛斯基首先提出行星狀星雲的理論，他認為那是紅巨星將星體的外層拋出所致，留存下來的核心就成為行星狀星雲的中央星，然後它會再慢慢冷卻收縮，最後就演變成為白矮星。
被譽為星空中蝴蝶的行星狀星雲有多種形狀，除了漂亮的蝴蝶形外，還有圓形、橢圓形、雙環形等等，但是其基本結構都是相似的，那就是蝴蝶形。但是當我們從不同的角度望去，就會看到不同的形狀。如果從蝴蝶的側面，也就是翅膀邊看去，就成了圓形，另外從45的斜角看去，則成了雙環形。
郭教授為了要解釋行星狀星雲的形成，就想到他在加拿大冬季時經常鏟雪，而提出所謂的「鏟雪」理論：通常恆星會發出一些較分散，每秒約為25公里的風，但到了紅巨星階段時，表面就會吹著每秒高達2000公里的風，此時這很快的風，就會像鏟雪機一樣將前面較慢的風向前推，也就是很高速的恆星風，將早期也較慢的恆星風如鏟雪般的鏟過去，如此就造成固定形狀的行星狀星雲。這項假設，後來得到「國際紫外線探測者」衛星的確認，發現行星狀星雲內，的確有速度很快的恆星風。此外，行星狀星雲外圍亮度較弱的光暈，還有紅巨星的恆星風含有大量稱為「星塵」的固體微粒，它能放出強烈的紅外線，以及當兩個恆星風相撞時，所產生極高溫的「泡沬」，由於其溫度高達數千萬度，因而會發出χ射線。這些理論，都一一得到證實，而且「鏟雪」理論，更成為行星狀星雲的基本理論。
北天最壯觀的寶瓶座行星狀星雲
紅巨星表面所吹強烈的恆星風，亦解決了天文上的另一難題。著名的美籍印度天文學家錢德拉塞卡，在1930年曾推論出白矮星的質量上限，不會超過太陽質量的1.4倍，如超過1.4倍的話，則會成為超新星。依此理論我們銀河系內應有許多的超新星，但在過去的一千年中，我們銀河系內只出現幾次超新星，銀河系內平均每年有一顆恆星死亡，這顯示只有極少部份的恆星成為超新星，那麼其它的恆星如何逃過這個劫難呢？
答案就是紅巨星表面強烈的恆星風，這些恆星風每秒可拋出600萬億噸的質量，如此強烈而持續不停的恆星風，在數萬年內便可將恆星「瘦身」減掉一大半。也就是一顆原為太陽質量八倍的恆星，經恆星風吹了數十萬年後，質量就會減低至太陽的1.4倍內，因而無法成為超新星。目前已知大約有95%的恆星，其質量都小於太陽的8倍，所以它們都會經過行星狀星雲而成為溫和的白矮星，如此中子星與黑洞才沒有想像的那樣多。
行星狀星雲的氣體溫度約為攝氏一萬度，中央星的溫度更高而為攝氏三萬度至二十五萬度，但由於行星狀星雲中的氣體密度極低，如果你身處行星狀星雲中，決不會感到萬度的高溫，只會受遙遠中央星的輻射，而覺得僅是零下150的低溫。許多行星狀星雲的中央星由於溫度太高，所發出的光基本上全為紫外線，雖然能量高，但可見光的範圍卻很小，甚至很難看到。這些紫外線被外圍的氣體阻擋，紫外線的能量被氣體吸收，而發出各種不同顏色的可見光，這就成了我們通常所見，行星狀星雲絢麗色彩的來源。
| 後記：
「星空蝴蝶—行星狀星雲」，為目前擔任中央研究院天文及天文物理所籌備處主任的郭新教授，在2004年2月28日應台北市立天文科學教育館與台北市天文協會的邀所作之演講。郭教授原籍香港，美國明尼蘇達大學博士，主要專長為恆星演進、恆星風以及行星狀星雲。三十多年來，他利用世界最先進的光學及電波望遠鏡作觀測研究，而有許多重大發現。郭教授並曾擔任國際天文聯合會行星狀星雲研究組之主席，為世界研究行星狀星雲頂尖之天文學家，著有「行星狀星雲的起源與演化」以及「星空蝴蝶」，均由劍橋大學出版社出版。 |