【深度認識】行星狀星雲

你曾否在星空下，遙望天際，思考「恆星」這種相比我們多出無數倍壽命的天體，最終會走到怎樣的終點？如果說太陽一樣的恆星在生命盡頭時會上演一場「煙火」般的告別表演，你會否感到驚訝？今天，讓我們一起走進「行星狀星雲」（Planetary Nebula），揭開這神秘宇宙煙花的真面目。

行星狀星雲是甚麼？與行星有何關係？

「行星狀星雲」這個名字或許會讓人誤以為它與「行星」（Planet）有關係，但其實二者毫無關聯。行星狀星雲只是某些恆星在壽命終結時形成的氣體雲團，之所以有這名稱，是因為早期天文學家（如赫舍爾 William Herschel）用小型望遠鏡觀察時，這些雲團看起來像模糊的行星光點。

誕生於恆星的終章——形成過程

當一顆恆星的質量介乎太陽至太陽質量八倍左右，經歷數十億年的正常核聚變後，內部燃料（氫、氦）終於耗盡。於是，恆星外層的氣體在劇變下膨脹，被強烈的恆星風（Stellar Wind）拋射到周圍太空，核心則逐漸收縮成炙熱的白矮星（White Dwarf）。這些擴散出去、含有不同元素的氣體和塵埃，在紫外線照射下發亮，形成行星狀星雲。

常見基本參數——體積、質量、溫度

行星狀星雲可大可小，體積遠比太陽大得多。以著名的環狀星雲M57（Ring Nebula，約2,300光年外）為例，其半徑約有0.43光年，換算成我們日常的單位，大約是4萬億公里，覆蓋的空間能裝進超過30萬個太陽系！
質量方面，整個行星狀星雲的氣體總質量通常只有母體恆星10-20%，相較太陽來說，不足一個太陽質量（一般介乎0.1到0.3個太陽質量）。
溫度上，這些氣體外圍平均溫度約為1萬度K（太陽表面約5,778K），而核心的白矮星更可高達10萬至20萬度K以上，可謂炙熱到極致。

與地球、太陽的距離

不同行星狀星雲的距離都不一樣。舉例說，螺旋星雲（Helix Nebula，NGC 7293）距離地球約650光年，是距我們最近的行星狀星雲之一，環狀星雲M57則有2,300光年遠。而太陽距離地球僅約1.5億公里（8光分），可見行星狀星雲遠離我們，但在銀河系內卻十分常見。

組成成分——宇宙化學工廠

行星狀星雲的主要成分是氫（H）和氦（He），其次有氧（O）、碳（C）、氮（N）等較重元素。有些行星狀星雲甚至能找到星塵、微量的矽（Si）、鐵（Fe）、鎂（Mg）等元素。這些元素及化合物正是恆星“拼命燃燒”後的產物。你可以想像，行星狀星雲就像一座宇宙大廚房，把恆星內部“煮熟”的元素散播到太空，成為下一代星球、行星、甚至包括地球與我們所需元素的來源。

自轉、公轉時間與形狀

由於行星狀星雲屬於氣體團，沒有像地球那樣的自轉或公轉週期。不過，核心的白矮星仍承繼了原恆星的角動量，會以極高速度自轉，高速膨脹的行星狀星雲每年以20至40公里每秒速度擴大，如果折算一次「擴散週期」，從形成至完全消散大約歷時幾千年至兩萬年，相比太陽壽命（一百億年）只是轉瞬即逝。

形狀上，行星狀星雲極為多樣：有圓形、橢圓形，甚至蝴蝶狀、沙漏型。這並非單靠想像——最著名的蝴蝶星雲（Butterfly Nebula, NGC 6302）外觀就像一隻展翅飛舞的蝴蝶，有些更似戒指、螺旋，似乎宇宙也是藝術大師。

歷史——由誤解到科學揭示

「行星狀星雲」這一名由18世紀赫舍爾所命名。當時他用自製望遠鏡發現這些「小圓盤」，其形態像天王星、海王星等天然行星，誤以為是新行星。19世紀末，隨著光譜學（Spectroscopy）發展，科學家發現這些天體有罕見的光譜線，原來它們並非行星而是氣體雲團。到了20世紀，哈勃太空望遠鏡及地面大型望遠鏡的精細照片，終於揭開它們的細緻結構。

行星狀星雲在宇宙（和地球）中的意義

你或許會問：「這跟我有什麼關係？」原來，我們身體內的碳、地球上的氧、水中的氫部分可能正是這些行星狀星雲的二次產物。換言之，地球之所以有生命，有賴於恆星不斷把「煉成」的新元素拋向宇宙——這正是我們常說的「我們都是星塵（We are all made of star stuff）」的真義。

這些壯觀的星雲，不僅是天文追星族的心頭好，也是研究恆星晚年、宇宙化學進化的重要實驗室。從NASA、歐洲太空總署到香港天文愛好者，每年均會用各種大/小望遠鏡觀測記錄它們的變化。

經典例子——繽紛多樣的宇宙煙花

螺旋星雲（Helix Nebula, NGC 7293）：距離650光年，是個直徑大約2.87光年的壯觀星雲，又名「上帝之眼」。
哑鈴星雲（Dumbbell Nebula, M27）：位於狐狸星座，直徑差不多2.5光年。
貓眼星雲（Cat’s Eye Nebula, NGC 6543）：以層層同心圓形氣體著稱，是結構最精細的行星狀星雲之一。

香港如何觀賞行星狀星雲？

雖然城市光污染嚴重，不過香港全年較暗的地方如大嶼山、萬宜水庫附近仍有機會用小型望遠鏡觀看特定星雲（如M27、M57）。若配合長時間曝光的相機，更可拍下美麗的彩色結構。近年興起的網上虛擬天文臺，更讓你安坐家中「遙距」觀測世界各地望遠鏡的畫面，像NASA的APOD（天文學每日一圖）網站經常分享精彩行星狀星雲照片。