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梅西耶星表/M42

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獵戶座星雲
可見光下的整個獵戶座星雲。來源：w:NASA/w:ESA
觀測資料：w:J2000 紀元
型別反射和發射
赤經05h 35m 17.3s[1]
赤緯-05° 23′ 28″[1]
距離1,344±20 光年 (412 秒差距)[2]
視星等 (V)+3.0[3]
視大小 (V)65×60 角分[4]
星座獵戶座
物理特徵
半徑12 光年a
絕對星等 (V)—
顯著特徵梯形星團
其他名稱NGC 1976, M42,
LBN 974, 沙普利斯星表 281

獵戶座星雲（也稱為梅西耶 42、M42 或NGC 1976）是一個w:瀰漫星雲，位於獵戶座腰帶的南部b。它是最明亮的w:星雲之一，在夜空中用w:肉眼可見。M42 距離地球 1,344±20 w:光年[2][5]，是距離w:地球最近的大質量w:恆星形成區域。M42 星雲估計橫跨 24 光年。較舊的文字經常將獵戶座星雲稱為獵戶座大星雲或獵戶座大星雲。更早的占星學文字將其稱為Ensis（w:拉丁語中的“劍”），這也是給恆星w:獵戶座 η的名字，從地球上可以看到它靠近星雲[6]。

獵戶座星雲是夜空中最受關注和拍攝最多的天體之一，也是最受人們深入研究的天體特徵之一[7]。星雲揭示了大量有關w:恆星和w:行星系統如何從坍縮的氣體和塵埃雲中形成的過程。天文學家直接觀測到了w:原行星盤、w:褐矮星、氣體劇烈和湍流的運動，以及星雲中附近大質量恆星的光電離效應。還有w:超音速的氣體“子彈”穿透獵戶座星雲中密集的氫雲。每個子彈的直徑是w:冥王星軌道直徑的十倍，尖端是發出明亮藍色光芒的鐵原子。它們可能是大約一千年前由未知的暴力事件形成的。

一般資訊

星雲實際上是更大的星雲的一部分，稱為w:獵戶座分子云複合體。獵戶座分子云複合體延伸到整個w:星座獵戶座，包括w:巴納德環、w:馬頭星雲、M43、w:M78 和w:火焰星雲。整個獵戶座星雲都在形成恆星，由於這個熱量密集的過程，該區域在w:紅外線中特別突出。

即使在受到一些w:光汙染影響的地區，星雲也能用肉眼看到。它看起來是獵戶座腰帶下方三顆星中劍柄的中間那顆“星”。對於眼神敏銳的觀察者，這顆星看起來很模糊，並且星雲在w:雙筒望遠鏡或小型w:望遠鏡中很明顯。

獵戶座星雲包含一個非常年輕的w:疏散星團，被稱為梯形星團，因為它的前四顆星形成星群。在視寧度良好的夜晚，其中兩顆可以分解成它們的雙星子系統，總共形成六顆星。梯形星團的恆星，以及許多其他恆星，仍然處於早期。梯形星團可能是更大的獵戶座星雲星團的一部分，該星團包含大約 2,000 顆恆星，直徑為 20 光年。兩百萬年前，這個星團可能是w:逃逸恆星w:御夫座 AE、w:白羊座 53 和w:天鴿座 μ的誕生地，這些恆星目前正以超過 100 公里/秒的速度遠離星雲[8]。

觀察者長期以來注意到星雲除了紅色區域和藍紫色區域之外，還有一種獨特的綠色色調。眾所周知，紅色色調是由Hα複合線w:輻射在w:波長為 656.3 奈米處產生的。藍紫色色調是來自星雲核心大質量O 型恆星的反射輻射。

在 20 世紀初，綠色色調讓天文學家感到困惑，因為當時已知的w:光譜線都無法解釋它。有些人推測這些線是由一種新元素引起的，併為這種神秘的物質命名為“星雲元素”。然而，隨著對原子物理學的更好理解，後來確定綠色光譜是由雙w:電離w:氧中的低機率w:電子躍遷引起的，被稱為“禁戒躍遷”。這種輻射在實驗室中幾乎不可能再現，因為它依賴於宇宙深處安靜且幾乎沒有碰撞的環境[9]。

歷史

梅西耶在他的 1771 年回憶錄Mémoires de l'Académie Royale 中繪製的獵戶座星雲。

中美洲的瑪雅文明 有一個民間故事，講述了獵戶座天區，也就是 西巴爾巴 的故事。 [10] 他們的傳統 爐灶 中間都有一個發光的火點，對應著獵戶座星雲。 這是在望遠鏡發明之前，瑪雅人就發現了天空中的瀰漫區域，而不是星星的亮點的明確證據。 [11]

這個星雲目前用肉眼就能看到，奇怪的是，在 17 世紀之前，沒有關於星雲的書面天文學記錄。 特別是，托勒密在《至大論》中，以及蘇菲在他的《恆星之書》中都沒有提到這個星雲，儘管他們都在夜空中列出了其他地方的星雲。 奇怪的是，伽利略也沒有提到這個星雲，儘管他在 1610 年和 1617 年用望遠鏡觀測了這部分星座。 [12] 這導致了一些猜測，認為照亮星雲的恆星可能發生了耀斑，從而增加了星雲的亮度。 [13]

獵戶座星雲通常被認為是在 1610 年 由 皮埃爾·加森迪 發現的，如皮埃爾·加森迪自己的記錄所述。 西薩斯 是瑞士盧塞恩 的一位耶穌會 天文學家，他是在 1618 年的一本關於一顆明亮的 彗星 的書中首次公開記錄了它（儘管有點含糊）。 在隨後的幾年裡，它被幾位著名的天文學家獨立發現，包括 惠更斯 在 1656 年（他的草圖是 1659 年首次出版的）。 梅西耶 在 1769 年 3 月 4 日首次記錄了這個星雲，他還記錄了獵戶座四邊形中的三顆恆星。（現在認為這三顆恆星是由伽利略在 1617 年首次發現的，但他沒有注意到周圍的星雲——可能是由於他的早期 望遠鏡 的視野太窄。） 梅西耶在 1774 年出版了其深空天體目錄的第一版（於 1771 年完成）。 [14] 由於獵戶座星雲是其目錄中的第 42 個天體，因此它被標識為 M42。

光譜學 由 威廉·哈金斯 在 1865 年完成，顯示了星雲的氣態性質。 亨利·德雷伯 在 1880 年 9 月 30 日 拍攝了獵戶座星雲的第一張 天文照片，它被認為是歷史上第一次進行深空天體攝影。

1902 年，沃格爾 和埃伯哈德發現了星雲內部不同的速度，到 1914 年，馬賽 的天文學家利用干涉儀探測到了旋轉和不規則運動。 坎貝爾和摩爾利用光譜儀證實了這些結果，證明了星雲內部存在湍流。 [15]

1931 年，羅伯特·J·特朗普勒 注意到，獵戶座四邊形附近的較暗的恆星形成一個星團，他第一個將它們命名為獵戶座四邊形星團。 根據它們的星等和光譜型別，他推算出距離為 1800 光年。 這比當時普遍接受的距離估計值遠三倍，但與現代值更接近。 [16]

1993 年，哈勃太空望遠鏡 首次觀測到獵戶座星雲。 從那時起，星雲一直是哈勃望遠鏡研究的常客。 這些影像被用來建立一個詳細的三維星雲模型。 原行星盤 已在星雲中大多數新形成的恆星周圍被觀測到，並且已經研究了來自質量最大的恆星的 紫外線 高能量輻射的破壞性影響。 [17]

2005 年，哈勃太空望遠鏡的 高階巡天相機 儀器完成了對星雲迄今為止最詳細影像的捕捉。 這張圖片是透過望遠鏡的 104 次軌道拍攝的，捕捉到超過 3000 顆恆星，最暗的星等達到 23 等，包括新生 褐矮星 和可能的褐矮星 雙星 。 [18] 一年後，與哈勃望遠鏡合作的科學家宣佈了第一對食雙褐矮星的質量，2MASS J05352184–0546085。 這對雙星位於獵戶座星雲，質量分別約為 0.054 M☉ 和 0.034 M☉，軌道週期為 9.8 天。 令人驚訝的是，質量更大的那顆也比另一顆暗淡。 [19]

結構

光學影像顯示了獵戶座星雲中的氣體和塵埃雲； 紅外影像（右）揭示了內部閃耀的新恆星。 來源：C. R. 奧德爾-範德堡大學、NASA 和 ESA。

獵戶座星雲的整個區域跨越了天空的 10 度區域，包括 中性氣體和塵埃雲 、 恆星集團 、 電離氣體體積 和 反射星雲 。

星雲形成一個近似球形的雲，在核心附近密度最高。 [20] 雲的溫度高達 10,000 K，但在星雲邊緣附近急劇下降。 [21] 與密度分佈不同，雲顯示出一系列速度和湍流，特別是在核心區域附近。 相對運動高達 10 公里/秒（22,000 英里/小時），區域性變化高達 50 公里/秒，甚至可能更高。

目前對星雲的天文模型包含一個電離區域，大致以 獵戶座θ1 C 為中心，這顆恆星是大多數 紫外線 電離輻射的來源。（它發射的光致電離光比第二亮的恆星獵戶座θ2 A 多 3-4 倍。 [22]）它周圍環繞著不規則的凹形海灣，裡面是更中性、高密度的雲，中性氣體團塊位於海灣區域之外。 這反過來又位於獵戶座分子云的邊緣。

觀察者給獵戶座星雲中的各種特徵起了名字。 從北邊延伸到明亮區域的黑暗帶被稱為“魚嘴”。 兩側的照明區域被稱為“翅膀”。 其他特徵包括“劍”、“推力”和“帆”。 [23]

恆星形成

原行星盤 在獵戶座星雲中的景象，由哈勃太空望遠鏡拍攝。 來源：NASA。

獵戶座星雲是 恆星搖籃 的一個例子，在那裡新的恆星正在誕生。 對星雲的觀測表明，星雲內部大約有 700 顆恆星處於不同形成階段。

最近使用 哈勃太空望遠鏡 進行的觀測，在獵戶座星雲中取得了重大發現，即發現了 原行星盤 ，被稱為原行星盤。 [24] 哈勃望遠鏡在星雲中發現了 150 多個這樣的原行星盤，它們被認為是 太陽系形成 最早階段的系統。 它們的數量之多被用作 宇宙 中恆星系統形成相當普遍的證據。

恆星形成 是當 電離氫區 中的 氫 和其他氣體的團塊在自身引力作用下收縮時發生的。 隨著氣體的坍縮，中心團塊越來越強大，氣體透過將 引力勢能 轉換為 熱能 而加熱到極高的溫度。 如果溫度足夠高， 核聚變 將被點燃並形成 原恆星 。 原恆星在開始釋放足夠的輻射能量來平衡其引力並停止 引力坍縮 時“誕生”。

通常，物質雲在融合反應點燃之前會離恆星相當遠的距離。這個殘餘雲是原恆星的原行星盤，行星可能在那裡形成。最近的w:紅外線觀測表明，這些原行星盤中的塵埃顆粒正在生長，開始走向形成w:星子。[25]

一旦原恆星進入其w:主序星階段，它就被歸類為恆星。即使大多數行星盤都能形成行星，但觀測表明，如果獵戶座四邊形星團的年齡與星團中低質量恆星的年齡一樣，那麼強烈的恆星輻射應該已經摧毀了在獵戶座四邊形星團附近形成的任何原行星盤。[17] 由於在獵戶座四邊形星團附近發現了原行星盤，因此可以認為這些恆星比星團中其他成員年輕得多。c

恆星風和效應

一旦形成，星雲中的恆星會發射出一股帶電粒子流，稱為w:恆星風。大質量恆星和年輕恆星的恆星風比w:太陽強得多。[26] 當恆星風遇到星雲中的氣體時，會形成衝擊波，然後塑造氣體雲。恆星風的衝擊波在恆星形成中也起著重要作用，它壓縮氣體雲，形成密度不均勻性，導致雲的引力坍縮。


獵戶座星雲中有三種不同的衝擊波。許多都出現在w:赫比格-阿羅天體中。[27]

  • w:弓形衝擊波是靜止的，當兩股粒子流相互碰撞時形成。它們存在於星雲中最熱的恆星附近，那裡恆星風的估計速度為每秒數千公里，以及星雲的外圍，那裡速度為每秒數十公里。當噴流撞擊星際粒子時，弓形衝擊波也會在恆星噴流的前端形成。
  • 噴流驅動衝擊波是由新生w:金牛T型星噴出的物質噴流形成的。這些狹窄的流體以每秒數百公里的速度移動，當它們遇到相對靜止的氣體時就會變成衝擊波。
  • 扭曲的衝擊波看起來像弓形。它們是當噴流驅動衝擊波遇到在橫流中移動的氣體時產生的。

M42 中的動態氣體運動很複雜，但它們正在穿過海灣的開口，朝地球方向延伸。[28] 電離區域後面的中性區域目前正在自身引力作用下收縮。

演化

哈勃望遠鏡拍攝的星雲中心全景影像。這個視野大約橫跨 2.5 光年。獵戶座四邊形星團位於左下方。來源：NASA/ESA。

w:星際雲，比如獵戶座星雲，遍佈於星系，比如w:銀河系。它們最初是引力束縛的冷中性氫團塊，與其他元素的痕跡混合在一起。該雲可以包含數十萬個w:太陽質量，並延伸數百光年。可能導致雲體坍縮的微弱引力被雲體中氣體微弱的壓力所抵消。

無論是由與旋臂碰撞引起的，還是由w:超新星發出的衝擊波引起的，原子都被沉澱成更重的分子，結果形成了分子云。這預示著雲體中恆星的形成，通常認為是在 10-3000 萬年的時間內，因為各個區域超過了w:金斯質量，不穩定的體積坍縮成圓盤。圓盤在核心處集中形成恆星，恆星周圍可能環繞著原行星盤。這是星雲當前的演化階段，額外的恆星仍在從坍縮的分子云中形成。我們現在在獵戶座星雲中看到的年齡最小、最明亮的恆星，據認為其年齡不到 30 萬年。[29] 最亮的可能只有 10,000 年的年齡。

一些坍縮的恆星可能特別大，並且可以發射大量電離w:紫外線輻射。獵戶座四邊形星團就是一個例子。隨著時間的推移，星雲中心大質量恆星發出的紫外光將在一個稱為w:光蒸發的過程中，將周圍的氣體和塵埃推開。這個過程形成了星雲的內部空腔，使地球上的觀測者能夠看到核心處的恆星。[7] 這些恆星中最大的恆星壽命很短，並將演化成超新星。

在大約 10 萬年內，大多數氣體和塵埃將被噴射出去。剩餘部分將形成一個年輕的疏散星團，一個由明亮的年輕恆星組成的星團，周圍環繞著來自先前雲體的細絲狀物。昴宿星團就是一個著名的例子。

  • Orion Nebula Complex including M42, M43, Running Man Nebula (NGC 1973, 1975, and 1977) and much of the surrounding nebulosity. Courtesy Hunter Wilson.
    獵戶座星雲複合體，包括 M42、M43、獵戶座跑步人星雲（NGC 1973、1975 和 1977）以及周圍大部分星雲。Hunter Wilson 提供。
  • Panoramic image of the Orion Nebulae, taken by Ioannidis Panos with an 8 Inch Newtonian telescope and a Nikon D70 camera.
    獵戶座星雲的全景影像，由 Ioannidis Panos 使用 8 英寸牛頓望遠鏡和尼康 D70 相機拍攝。
  • Infant stars, image from NASA's Spitzer Space Telescope.
    嬰兒恆星，來自美國宇航局斯皮策太空望遠鏡的影像。
  • The majestic Orion Nebula imaged with the 2.2m ESO/MPG telescope. Credit: ESO
    壯麗的獵戶座星雲，由 2.2 米 ESO/MPG 望遠鏡拍攝。來源：ESO


註釋

^a 1,270 × tan( 66′ / 2 ) = 12 光年。半徑
^b 從北半球溫帶地區看，星雲出現在獵戶座腰帶下方；從南半球溫帶地區看，星雲出現在獵戶座腰帶上方的位置。
^c C. Robert O'Dell 對這篇維基百科文章發表了評論，“唯一嚴重的錯誤是“恆星形成”部分的最後一句。實際上應該改為

“即使大多數行星盤都能形成行星，但觀測表明，如果獵戶座四邊形星團的年齡與星團中低質量恆星的年齡一樣，那麼強烈的恆星輻射應該已經摧毀了在獵戶座四邊形星團附近形成的任何原行星盤。由於在獵戶座四邊形星團附近發現了原行星盤，因此可以認為這些恆星比星團中其他成員年輕得多。”

參考文獻

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  23. ↑ “M-42”，太空探索與發展學生組織，2006 年 4 月 12 日。
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  26. ↑ Ker Than，2006 年 1 月 11 日，“獵戶座的輝煌：揭示的恆星工廠”，Space.com
  27. ↑ “繪製獵戶座的風”，2006 年 1 月 16 日，範德堡大學新聞服務
  28. ↑ 同上，Balick，第 623、624 頁。
  29. ↑ “獵戶座星雲的細節”，HST 影像和文字。

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