| Travelling
in Space
|
|
亮星云
a．反射星云 纯粹的气体并不反射光，因为组成气体的原子实在太微小了．所以，天文学家认为，反射星云里的反光物质乃是细小的“宇宙尘埃”．这种尘埃的精确成分尚不清楚，但根据它对光的散射效应至少可以估计出颗粒的大小和性质．
反射星云的光比被散射的恒星的光要蓝一些，尽管差异不像傍晚红日和蓝色天空那样对比显著。反射星云中这种散射光的性质使天文学家们相信，造成散射 的尘埃颗粒直径在10的－5次方英寸左右（单个简单分子的直径大约为10的－8次方英寸）．深入的研究又发现，这些尘埃的反照率几乎和白纸和雪一样．这么高的反照率说明这些尘埃绝非金属颗粒，而必定含有氧、碳、氮、氧以及其它元素，而且很可能这些元素都结合为组成尘埃颗粒的分子． b．发射星云和禁线 和反射星云在一起的恒星尽管很亮，但其光谱型不会早于B2型．伴有B1或更早型恒星的星云反射不了太多的光．因此，这样形成的星云光谱与亮星的吸收光谱不一样，而是在暗弱连续谱上叠加着一些较亮的发射线 ．这些极热的亮星显然会通过其强烈辐射的吹散作用和蒸发作用使散射光线的颗粒的数目减少到最低限度．
发射星云里的气体通过所谓荧光过程（与日光灯发光的过程一样）而发射明线光谱，此过程的激发源为极热的B1星或更早型的恒星．由于这些恒星非常热，它们所发射的光大部分处于光谱的紫外区．当一种材料的原子吸收某一波长的能量 （例如紫外线）而发射出波长更长的能量（例如可见光）时，这样的材料就叫作荧光材料．紫外线比可见光具有更高的能量，因此能够激发气体的原子．当原子轨道上的电子受到能量合适（也就是波长会适）的紫外光子撞击时，电子就会吸收光子而跃迁到原子的某一更高的能级上．然后，在它以同 样的方式又跃回基态时便发出光来．发射光的波长不必与它原来吸收的紫外辐射的波长相同，因为电子可以一级一级地从一能级降至另一能级，直到返回最低能级的基态为止．在跌落过程中，电子发射出能量分立的各种光子， 于是形成了特有的发射光谱． 气体星云光谱中的发射线，除氢线以外，其余均为恒星光谱中不常见的谱线．虽然在星云中也找到了氮、氧、氦等别的元素的谱线，但它们却是由发射星云所特有的跃迁产生的．当气体的密度像气体星云中那样稀薄时，就会发生在恒星原子或地面实验室中所无法实现的跃迁．在压强比发射星云高的气体即几乎不可能出现这类跃迁，所以它们叫做“禁戒跃迁”．由这类跃迁形成的谱线便称为禁线． 电子的每次跃迁都必须遵从所谓选择定则．这些定则主要是根据谱线强度确定的，它们表示每种跃迁发生的概率．概率最大的跃迁产生出给定元素光谱中最强的谱线．可能性最小的跃迁被称为禁戒跃迁．不受扰动的电子将长期停留在某 能级上，如果要回到基态，只有作禁戒跃迁才行．这样的能级叫做亚稳态．处于亚稳态的非扰电子在作禁戒跃迁跳回基态之前，可以在亚稳态停留几秒、几分甚至几小时．大量的这种跃迁便造成了禁线．电子在普通能级上仅停留10的－8次秒左右． 如果原子所处的区域压力较高，如像在恒星的深层大气或者大学物理实验室的充气管中那样，原子就要遭受气体中其它原子的撞击，每秒达数十亿次．因而，它的电子便不可能在亚稳态停留足够长的时间，以便向下跃迁．这种撞击将使电子从亚稳态跃迁到更高能级，在那里只隔10的-8次秒就会实现一次向下跃迁．由于这种原因，在地面实验室或恒星的光谱中一般很难发现禁线．
可是，发射星云中的气体处在极低的压力之下，一个原子可以自由运行几天、几周甚至几年才同其它的原子相碰．在此期间，如有一个电子正位于亚稳态，它就会在此能态上停留足够长的时间，以进行产生禁线的向下跃迁．禁线不单单产生于中性原子．亦可由电离了一次或两次的原子产生．在发射星云中，禁线主要是由电离的氧、氮、氖和硫产生的． 将猎户座大星云的密度与地面上的密度作一对比是非常有意思的．在猪户座大星云中，每立方英寸大约含有5000个原子（多半是离子）．地面上1立方英寸的大气却含有4*1O的20次个分子．正是由于发射星云中不“拥挤”，才具备了原子发射禁线的条件．不过，猎户座星云的密度也不是到处相同的，在最亮的中心部分也可以‘高”到每立方英寸3.2*1O的5次方个原子． 发射星云的密度尽管很低，但却看得见．这是因为它们的体积非常庞大．各星云的大小虽然不一，但其直径大多在25光年左右．因此，即使每立方英寸只有5000个原子，整个星云却包含着大量的原子，因为1立方光年的体积等于5*10的52次方立方英寸．拿我们刚才所举的例子来说，猎户座大星云差不多有7000立方光年的体积，所以它含有的原子一定高达10的60次方个之多．这样多的物质足以形成差不多l500个太阳． 在前面曾经提到，我们看到的猎户座星云仅仅是一个庞大得多的气体云的很小一部分，其大部分还不能直接拍照下来．因此，照片中猎户座星云的范围显然不是气体云的整体，而只是被埋没的恒星激发而发光的那部分气体．任何亮星云也都是这样．
|
