被冠以“恆星工廠”之稱的獵戶座星雲為何獨受科學家的寵愛青睞？

獵戶座星雲愛德文·哈勃天文馬頭星雲核聚變宇宙地球銀河大學金牛座斐迪南·麥哲倫加利福尼亞設計技術外星電子科技 2019-04-08

星雲，由星際氣體和宇宙塵埃凝結混合組成的霧狀天體，主要成分約80%的氫氣和20%的氮氣及其它微量的重元素組成，通常體積直徑在幾十光年左右，質量相當於太陽的10-100倍左右。根據物理性質分類分為反射星雲、發射星雲、行星狀星雲。

上帝之眼星雲

當星雲內的氣體、塵埃和其他物質材料因引力作用相互凝結在一起時形成密度較大區域，區域內物質吸引周圍氣體雲會變得越來越大且質量越大引力就越大，引力越大溫度就越高，最後大到內部溫度足以達到引發氫原子產生核聚變從而形成恆星。如果在特定條件下剩餘的物質材料還可以形成行星和行星系的其它天體。事實上星雲跟恆星之間存在著“血緣關係”或者說是一種生死輪迴的“因果關係”，星雲在一定的條件下形成恆星，而恆星在自身物質消耗殆盡時發生超新星爆炸產生星雲。

當前被發現比較知名的星雲有很多，如獵戶座星雲、天鷹座星雲、船底座星雲、仙女座星雲、金牛座星雲、麥哲倫星雲等等，其中獵戶座星雲是離我們的觀測視線最佳的星雲，當然也是離我們最近的“產星區”，更值得科學家寵愛的是因為獵戶座星雲造星數量最多、研究價值更高、觀測條件更優的天體對象。曾經有一個時期成為全球天文望遠鏡所關注的主角對象，顯然研究觀察獵戶座星雲對於解開恆星誕生奧祕有著至關重要的意義和用途。

馬頭星雲

獵戶座星雲

獵戶座星雲體積約20光年，垂直距離12光年，相當於300個太陽質量，距離地球約1500光年，是獵戶座最主要的星雲，其它還有馬頭暗星雲、火焰星雲、巴納德環組成，星座命名來源於古希臘神話海神波塞冬的兒子奧瑞恩的故事。觀測獵戶座星雲最佳的地點在北緯30度附近，時間在冬季1月份。

獵戶座星雲也叫M42,位於獵戶座獵戶的佩劍之上，屬於獵戶座星協的核心地位，附近有許多恆星構成了銀河系星團，最著名的比較年輕的四顆“獵戶座四邊形聚星”就位於其中，其中最亮的恆星要數θ-1C恆星，亮度相當於太陽的10萬倍體積相當於太陽的15倍，四顆星是獵戶座最亮的恆星，因而強烈的光照將獵戶座星雲照射的通透明亮，所以獵戶座星雲主要是發射性星雲。在這一區域存在著最年輕的恆星，尤其最引人注目的是發現了許多正在建造中的恆星盤胚胎，其中也不乏最為難得一見的包含原行星盤胚胎的早期星雲胚胎。事實上這正是引起多數科學家格外關注獵戶座星雲的直接原因，這對研究太陽系行星的生成具有重要的意義。

獵戶座星雲全圖

獵戶座星雲成為哈勃望遠鏡的首個使用對象

哈勃望遠鏡建造於上世紀80年代，1990年4月份升空進入離地600公里的近地軌道，因為技術原因直到3年後正式啟用。獵戶座星雲被作為首要測試目標成為哈勃望遠鏡的第一個觀測對象，而使用哈勃的是美國的天文學家羅伯特.奧戴爾，他既是哈勃計劃的項目指導、倡議人也是研究寵愛於獵戶座星雲時間長達50年之久的天文學家，在使用哈勃100小時之後碩果累累，奧戴爾利用了哈勃望遠鏡超級清晰度的照片建立了一幅獵戶座星雲的三維地圖模型。

哈勃望遠鏡

天文學家對獵戶座星雲的情有獨鍾

羅伯特.奧戴爾從13歲時就開始關注獵戶座星雲，1963年開始在加利福尼亞州上任大學教授，利用聖荷西市東部的歷克天文臺進行專業觀測研究獵戶座星雲。每年的冬天奧戴爾和他的同事們來歷克天文臺觀測並形成日誌，在這裡他有了很多重要的發現。

奧戴爾著重從獵戶座星雲的成分構成開始研究，認為星雲主要有氫氣和氦氣組成，其中氣體和塵埃的比重非常關鍵，塵埃中包含形成行星的關鍵元素氮、硅、鐵等還有其他重元素，而這些成分雖然佔少量比重但足以改變人們的傳統認識，事實上沒有塵埃的存在只可能產生恆星而不大可能形成圍繞恆星的行星。

通過他不斷地進行深入的觀測和研究，奧戴爾意識到他完全可能會有見證恆星和行星的誕生過程的機會，這樣的見證會成就他一生的天文學研究成果，他將會是史無前例的第一人，這對於投入對某一研究對象50年心血的科學家而言無疑是一種功成名就。

哈勃的第一張圖片獵戶座星雲

奧戴爾的夢想是建造一臺地外軌道望遠鏡，於是哈勃太空望遠鏡的項目在他的指導、倡議下被儘快的提上了日程，接下來的幾年他參與了設計及建造一直到升空後所遇到的種種技術問題，也讓他遭遇失敗的挫折。事實上奧戴爾自始至終一直在哈勃項目上竭盡全力的付出心血和精力，包括後期的技術糾正問題，當然也包括第一次初始測試工作，奧戴爾鍾情的獵戶座星雲成為首個測試的對象。這無形之中增加了他的研究工作的熱情，特別是第一張哈勃的圖片傳回來讓他喜形於色，超清晰的星雲狀態及發現讓他倍感欣慰。

哈勃第一張測試照片的驚人發現

哈勃技術升級之後的第一張測試照片就是獵戶座星雲其中的一個被奧戴爾最熱衷的區域，在那裡有了驚人的重大發現，圖片上可以肯定的是顯示出了恆星誕生和原行星盤的蠶繭狀胚胎圖像。

恆星造星階段

在其後的時間裡，奧戴爾獲得了足夠的觀測機會並拍了大量的照片進行比對研究，將圖片放大10倍效果之後驚喜不斷。獵戶座四邊形的四顆最亮的恆星在獵戶座星團的核心區域爍爍生輝，把整個四邊形區域照的如同白晝，從圖片上來看給人的第一感覺就像凹下去的一塊平地也更像一隻碩大的手掌心朝上而捲起。一片色彩鮮麗、紋絡清晰的景象美輪美奐，讓人情不自禁的欣然嚮往。

原行星盤的發現

通過電腦模擬，奧戴爾製作了獵戶座星雲側面模型，來展示原行星盤在其中的位置狀態。模型展示恆星在面向地球凹進去的一面誕生併發光生熱，光亮照射到遠處的雲霧，獵戶俄裡翁的面紗被照亮顯現，就是這團雲霧半遮半掩的擋住了產生恆星和行星的區域。為了更好的方便大家理解，奧戴爾在實驗室裡掛起兩塊白布現場進行了生動的演示活動，用電燈泡代表發光的恆星θ1-C並用一塊包裹著的白布代表原行星盤，通過包裹的白布轉換角度方位來展示顯現效果及獵戶座星雲的活動狀態，可以非常形象的展示出當恆星θ-1C的強光穿過蠶繭狀的雲霧時，原行星盤和中心部位發出紅色光亮的新生恆星就一覽無餘的展現在眼前。奧戴爾利用這一特點確定了星雲內部結構問題。

恆星建造過程噴射物質

大規模的發現原行星盤及恆星的誕生

奧戴爾利用哈勃進行了大規模的10倍觀測範圍觀測之後，將100多張圖片運用電腦進行了拼接合成，最後生成一張正方形體積涵蓋12光年的星雲高清圖片，包含了眾多的星雲區域。讓人驚訝的是在這12光年的區域內，新生的恆星及行星隨處可見，大約有200多個的罕見數量。在新的合成圖片中原行星盤被展示的清晰而生動，釋放出了誕生構成過程中的眾多信息。毫無疑問，獵戶座星雲是宇宙中目前發現的最大的“恆星工廠”，這裡有數不盡的“恆星搖籃”，新形成的恆星照亮了各處的雲霧同時也在驅趕眾多的雲霧。可以預見，獵戶座星雲正處在造星的繁忙階段，恆星與行星如雨後春筍般的冒了出來，像仙境裡的燈籠霞光四濺高高掛起。

揭開恆星及行星的生成奧祕

奧戴爾對於蠶繭狀原行星盤進行深入的研究發現，蠶繭僅僅是外殼由一層塵埃和氣體組成，進入蠶繭內部就會發現一些新的物質組成，一個圓形吸積盤正在如火如荼的造星之中，高速旋轉的氣體中心一顆如太陽般大小的恆星形成了，吸積盤中心氣體溫度在引力旋轉力量下越來越高，氣體受熱達到核聚變臨界值能量爆發，吸積盤中心向盤兩側噴發出形成行星的高能物質，一道藍色的噴流光柱直衝宇宙深空，噴射距離可達萬億公里。這個盤狀物質就是原行星盤，周圍聚集的塵埃和氣體包含了大量的體積不等的岩石碎片，這些物質經過幾百萬年的引力作用相互聚集融合，在以大吸小的物理規律下逐漸形成行星。值得一提的是我們的地球就是這樣產生的。當核聚變產生時，發出了巨量的光和熱能，而附近的剩餘的氣體物質被這些能量給轟走清空了空間，一個新的星系就產生了。

恆星形成階段

宇宙衝擊波的發現

哈勃傳回的高清圖片顯示，一種類似“漣漪”般的弓形波紋毫無規律性的分佈在星雲內部，這顯然是氣體運動的結果。為了找到這些弓形激波的來龍去脈奧戴爾與理論物理學家威廉亨尼一起參與了研究並展開了深入地討論。

他們發現這些弓形激波是由新生的恆星基盤噴流物質所造成，通常這些弓形激波都是出現在造星現場附近，恆星噴射物質氣體推開氣體生成升溫層並顯現出來，一段時間之後它們就呈弓形狀盪漾開來，屬於典型的氣體運動結果所致。為了便與研究氣體傳播過程中的特點模式，奧戴爾根據發現數量逐個編排側目，運用哈勃數據和聖彼得羅馬帝爾山天文臺的數據進行對比，它們基本確定了一些弓形激波的傳播速度及方向，認為獵戶座星雲內部物質活動狀態是持續的造星所產生，在氣體較為稠密的區域造星活動更加頻繁。

恆星建造過程弓形激波形成

科學家為獵戶座星雲建立三維地圖模型

毫無疑問奧戴爾對獵戶座星雲的研究成果卓越顯著，當前的他正在為其研究對象利用電腦建立三維地圖模型，這說明當前的科學家對獵戶座星雲的研究已經進入了非常成熟的時期，通過奧戴爾及同事們的不懈努力，三維地圖模型已經非常成功的展現在世人面前。

三維地圖模型的展示可以形象具體的解讀星雲內部的結構空間及物質方位，對於星雲造星演變過程而言意義重大。但對於建造模型而言最為困難的問題是如何確定精確距離及星雲內部地勢構造，從二維圖片審視較為容易但其實若生成三維結構，內部的地形地勢確實非常複雜，尤其是在1500光年的距離上所得的觀測目標數據，要想精確無誤的確定其內部景象那不是一般的困難。

恆星建造過程弓形激波形成

科學家為獵戶座星雲建立三維地圖模型

造星工廠俯瞰圖

理論天體物理學家加里弗蘭的觀點非常明確，他認為天文學觀測事物現象只能看到可視面形象而不能從多個位置進行觀測，往往事物的背後及幾個側面就成了觀測的盲區。所以，必須要進行投機取巧性的採取辦法。他利用星雲和恆星之間因距離產生的亮度變化關係著手，來推測星雲內部的形狀態勢，具體做法是採取對比兩顆亮度值相等的恆星，觀察其背後的星雲亮度變化情況，亮度較為高的說明距離較近反之就遠，根據星雲亮度的差異值來推測其狀態的方法比較可取。顯然奧戴爾接受了加里弗蘭的建議。

三維地圖模型成功建成，這讓奧戴爾豪情萬丈，因為其中包含了他半個世紀的研究心血。如果能建造一艘飛船他最想去的有兩個地方，一個是蠶繭狀的原行星盤，另一個是面紗星雲中最明亮的那一片區域。這兩個區域內隱藏著一大部分宇宙的奧祕，為了更形象的展示三維地圖模型，我帶大家去奧戴爾的三維模型進行一次別開生面的旅行。

獵戶座星雲三維地圖模型

展開三維圖片變換三維角度，獵戶座星雲散發出藍綠色的光芒，中間四邊形地帶是個凹陷的大峽谷，四顆明亮的恆星坐落在大峽谷底部熠熠生輝光芒四射，把周圍的峽谷邊緣照的通透清澈。在這裡可以看到山巒起伏的山脊，碧波盪漾的雲海，亮如水晶的宇宙弓形激波，明暗有致的山澗，星星點點的珍珠般的星星，這簡直是一片仙人聖地！

我們來到黑暗的面紗星雲，這裡是塵埃和雲霧氣體組成的世界一片黑暗，然而最有價值的東西往往是藏的更深，這裡才是“造星工廠”選址的最佳地方。穿過這片薄薄的雲霧，我們的視線才變得豁然開朗，這就是我們所說的大峽谷，只有雲霧和塵埃瀰漫票繞。來到大峽谷的中間地帶，那四顆最明亮的恆星擋在我們的面前，其中最亮的要數θ-1C星相當於太陽的10萬倍亮度，他們是獵戶座星雲最主要的光源。這裡就是我們所說的“造星工廠”，很多的恆星及原行星盤躺在“搖籃”裡被孕育，幾百個大大小小的“蠶繭”漂浮在明亮區域的周邊，在這一片自成體系的宇宙生態環境下，在不久的將來會有更多的恆星及行星誕生。