恒星演化的最后一个阶段（恒星生命的终点不只是超新星爆发）

恒星演化的最后一个阶段（恒星生命的终点不只是超新星爆发）银河系的环状星云M57，位于北天的天琴座内，大小约为一光年，距离地球约2000光年。1777年，著名天文学家威廉·赫歇尔发现有些星云呈圆形或扁圆形，与大行星很像，于是便把它们叫做行星状星云，虽然名字这么叫，但实际上行星状星云与行星一点关系也没有，人们通过高倍望远镜便可以观测到，行星状星云有纤维、斑点、气流和小弧等复杂结构。它们主要分布在银道面附近，受到星际消光的影响，大量的行星状星云被暗星云遮蔽而难以观测，其中央部分有一个很小的核心，是温度很高的中心星。M27“双极”结构的哑铃星云，是一个位于狐狸座区域的行星状星云，也是天空中最明亮的行星状星云之一。所以行星状星云不管是指环星云、哑铃星云还是别的猫眼星云，实际上，都是恒星演化到晚期时抛出的气体壳所形成的产物。形似“宇宙之眼”的指环星云

前言：从宇宙诞生，到浩瀚空间的模样，从太阳与地球的关系，到各个行星的运行轨迹，人们从数千年前就开始仰望星空，不断观测，不断演算，于是发现了一个又一个属于宇宙的奥秘。这其中，行星状星云便是这些宇宙奥秘中颇为夺目的一个。

灿烂的星空，人类从数千年前就开始仰望星空，期望窥探宇宙的奥秘。

行星状星云之名

行星状星云是一种奇怪的天体，它由稀薄气体构成，不像普通恒星那样集结成球状，而是由于各种物理环境原因被塑造成千奇百怪的样子，比如形似“宇宙之眼”的指环星云，形似蝴蝶翅膀的哑铃星云。其形状的巨大差异，很大程度上是跟形成行星状星云的恒星质量有关，即恒星质量小易形成环形星云、恒星质量大或者双星系统由于磁场和自转等因素的作用形成了“双极”结构哑铃星云。

M27“双极”结构的哑铃星云，是一个位于狐狸座区域的行星状星云，也是天空中最明亮的行星状星云之一。

所以行星状星云不管是指环星云、哑铃星云还是别的猫眼星云，实际上，都是恒星演化到晚期时抛出的气体壳所形成的产物。

形似“宇宙之眼”的指环星云

1777年，著名天文学家威廉·赫歇尔发现有些星云呈圆形或扁圆形，与大行星很像，于是便把它们叫做行星状星云，虽然名字这么叫，但实际上行星状星云与行星一点关系也没有，人们通过高倍望远镜便可以观测到，行星状星云有纤维、斑点、气流和小弧等复杂结构。它们主要分布在银道面附近，受到星际消光的影响，大量的行星状星云被暗星云遮蔽而难以观测，其中央部分有一个很小的核心，是温度很高的中心星。

银河系的环状星云M57，位于北天的天琴座内，大小约为一光年，距离地球约2000光年。

其中位于天琴座织女星边，距离地球约2000光年的环形星云(M57)，很可能是除土星环以外，天空中最著名的环状天体了。由于中心恒星发射紫外线，环绕在其周围的星云物质中的气体原子受到紫外辐射的激发而发光，不同原子受到激发，在复合时就会发出不同颜色的光。比如氧和氮原子发出绿色的光，氢原子发出红色的光，因此翅膀的颜色也大不相同。

超新星爆发是某些大质量恒星在演化末期可能因遭受突然的引力坍缩，引起引力势能释放时造成的一种剧烈爆炸。

行星状星云的诞生

行星状星云作为恒星死亡前的一种形态，其诞生与恒星的生命周期密切相关。我们的太阳就是一颗质量不大的恒星，比太阳质量大许多倍的恒星在演化末期，基本都会戏剧化的产生超新星爆炸，在短时间内将几乎是太阳一生产生的能量辐射出去，照亮整个星系。

行星状星云是恒星死亡前的一种形态，除了高等质量的恒星会在生命的终结发生超新星爆炸外，是多数恒星的归宿

对于中等质量和低质量的恒星，其命运走向则是发展成为行星状星云。而质量低于两倍太阳质量的恒星，一生中绝大部分的时间都在核心进行氢融合成氦的核聚变反应，由核聚变释放出来的能量阻挡住恒星自身重力的崩溃，从而使恒星保持稳定。

约50亿年后，太阳步入恒星演化的末期，将膨胀成为红巨星。

中等质量恒星在经历数十亿年的核聚变后，氢被大量耗尽逐渐冷却下来，于是从核心释放出来的能量将不足以产生足够的压力去支撑恒星的外层外壳，随之恒星内部开始向中心“坍缩”，收缩时使得核心温度剧增，甚至接近接近1500万K（K=273.15 °C），同时外部开始膨胀，体积变得巨大，外壳温度下降，颜色变成红色，恒星成为红巨星。

西方科学把恒星的颜色从蓝到红依次划分，温度越高颜色越蓝，O型星最蓝，温度越低颜色越红，M型星最红。

但随着氢越来越少，逐渐用尽时，红巨星的核心将继续收缩，当温度上升至1亿K时，恒星核心的氦将开始核聚变成为碳和氧，这成为宇宙中金属的来源。同时被氦再度点燃的核聚变反应将阻止核心的进一步收缩，燃烧的氦将在内部产生碳和氧的核心，外面则是被燃烧中的氦包围着。.

核裂变是靠原子核分裂而释出能量，而核聚变时则由较轻的原子核聚合成较重的原子核而释出能量。可控核聚变将

但氦的核聚变反应对温度极端敏感，与温度的40次方(T40)成正比，这意味着温度只要上升不到2%，反应的速率就会增加一倍，然后能量也将更多释放，进一步提升内部温度，外壳向外的膨胀速率增加，外壳温度也降得更低。这使得恒星变得很不稳定，于是产生了巨大的脉动组合，在最后阶段，恒星吹出剧烈的恒星风，随之残骸膨胀到更大的范围，恒星的气体外壳在反复的收缩、膨胀之中，最终被抛入太空中，在恒星附近形成彩色的云层，内部核心渐渐裸露出来，此时恒星已在坍缩过程中演化为白矮星。

距离地球14800光年外的球状星团杜鹃座47，名为X9的伴星系统，是一个黑洞和其伴星白矮星。

白矮星更剧烈的吹出恒星风，裸露的层次不断深入核心，当露出部分的表面达到3万K时，恒星风迅速追赶上红巨星阶段抛离的气体物质，两者相互作用，便形成了行星状星云的气壳，气壳中的原子被中心白矮星的强烈紫外光电离，美丽的行星状星云便诞生了。

人类已观测到的恒星质量对比图

行星状星云的结局

在行星状星云形成之后，其中的气体依然以每秒数千公里的速度向外膨胀，同时白矮星的质量越来越不足以让核心温度收缩至能引发氦核聚变所需要的温度，于是白矮星逐渐因为核聚变反应的停止而开始冷却。当白矮星表面的温度低至不足以释放足够的紫外线，让越来越遥远的气体电离发光时，行星状星云便不再被看见，星云中的气体随之进入重组阶段。当然，一个典型的行星状星云从诞生到重组，大约只需要1万年的时间。

恒星演化示意图

在银河系中，平均每年都有一个新的行星状星云诞生。自18世纪以来，天文学家已经观测了大约1500个行星状星云的图像，并对它们进行了编目分类，如M42猎户座大星云，便是银河系内巨大的行星状星云，星云中年轻大质量的高温恒星，不断发出强烈的辐射，将氢气电离发光，产生这一片壮观的景象，同时而造星的运动仍然在进行中，未来将有更多的星星在该星云中闪耀。另外银河系稠密的尘埃云背后，可能隐藏着大约1万个行星状星云。

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