氢(Hα线):发出红光(656纳米),形成圆环的“外圈”;
氧(OⅢ线):发出蓝绿光(495/500纳米),形成圆环的“内圈”;
氮(NⅡ线):发出橙光(658纳米),填充在红与蓝之间。
我们看到的“完美圆环”,其实是气体壳层的“赤道截面”——因为赤道面的气体最厚,发光最强,而两极的气体稀薄,几乎看不见。
3. 星际物质的“衬托”:让圆环更清晰
M57的“完美”还得益于它所处的环境:周围星际空间的物质密度极低(每立方厘米仅1个粒子),几乎没有其他气体干扰。就像在一张黑纸上画白圈,背景越干净,圆圈越明显。
三、细节之美:戒指上的“钻石”与“宝石”
用哈勃望远镜的“眼睛”看M57,你会发现这枚“戒指”远非单调的圆环——它由无数细节编织而成,每一处都藏着恒星死亡的秘密。
1. 中心的“钻石”:白矮星的冰冷与炽热
圆环中心那颗“不发光的点”,是M57的“心脏”——一颗白矮星(编号WD 1856+534)。它的质量约为太阳的0.6倍,直径却只有1.2万公里(地球大小),密度高达每立方厘米1吨(相当于把一座山压缩成火柴盒)。
别看它现在“冰冷”(表面温度约12万开尔文,但辐射以紫外线为主,可见光微弱),80亿年前它曾是颗活跃的恒星,像太阳一样燃烧氢。如今,它靠残余的热量发光,寿命可达百亿年——比宇宙的当前年龄(138亿年)还长。
“这颗白矮星是恒星演化的‘终点站’,”天文学家王教授曾指着哈勃图像说,“太阳50亿年后也会变成这样,抛射外层气体,留下一个白矮星内核。”
2. 圆环的“纹理”:气体壳层的“年轮”
放大哈勃图像,圆环上布满了细密的条纹——这是气体壳层的“密度波”。当恒星风抛射的气体与早期抛射的气体碰撞时,会形成类似“声波”的涟漪,密度高的地方发光更强,密度低的地方则较暗。
这些“年轮”记录了恒星抛射气体的时间顺序:最内侧的圆环(靠近白矮星)形成于约1000年前,最外侧的圆环则形成于8000年前。就像树木的年轮能告诉我们树的年龄,M57的“气体年轮”能告诉我们恒星死亡的“进度条”。
3. 暗带的“缺口”:未被照亮的“阴影”
圆环内侧有一条暗带,像戒指内侧的一道划痕。这不是缺陷,而是未被白矮星紫外线照亮的气体区域——这里的气体密度较低,或者磁场较强,阻挡了紫外线辐射,所以不发强光。
“暗带是‘宇宙的阴影’,”小林观察图像时说,“就像阳光照在手指上,手指后面会有影子。”
四、寻找“魔戒”的“兄弟姐妹”:宇宙中的其他“戒指星云”
M57并非宇宙中唯一的“戒指星云”。在哈勃的“星云相册”里,还有不少“兄弟姐妹”:
猫眼星云(NGC 6543):天龙座的“猫眼”,圆环更复杂,有同心圆结构,像猫的眼睛;
土星星云(NGC 7009):宝瓶座的“土星”,圆环外有两个“光环”,像土星的冰环;
南环星云(ESO 378-1):罗盘座的“南半球魔戒”,距离地球2000光年,比M57更对称。
这些“戒指星云”都有一个共同点:它们都是“轴对称”抛射的产物——恒星沿赤道面抛射气体,形成圆环。而M57之所以最着名,是因为它距离适中(2300光年)、亮度较高(视星等9.7,用小型望远镜可见),加上天琴座在夏季夜空中容易定位,成了天文爱好者的“入门级目标”。
五、从“魔戒”到“宇宙课堂”:它教会我们什么?
对天文学家而言,M57不仅是一枚“美丽的戒指”,更是研究恒星演化和行星状星云形成的“天然实验室”。
1. 恒星死亡的“标准剧本”
M57的形成过程,几乎是太阳未来的“预演”:
现在(太阳):主序星阶段,燃烧氢;
50亿年后(红巨星):氢耗尽,核心收缩,外层膨胀,抛射气体;
抛射后(白矮星):核心坍缩成白矮星,外层气体形成行星状星云(类似M57)。
“研究M57,就是研究太阳的‘未来日记’。”王教授说,“我们能从中知道太阳抛射的气体有多少,白矮星的温度如何变化,甚至预测地球在太阳晚年会不会被吞没。”
2. 星际介质的“净化器”
M57抛射的气体中含有大量重元素(碳、氧、氮、铁),这些元素是恒星核聚变的“灰烬”,也是生命诞生的原料。当气体壳层扩散到星际空间,会成为新一代恒星和行星的“建筑材料”——就像我们的太阳系,可能就形成于上一代恒星死亡抛射的气体云中。
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