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梅西耶星表/M42

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猎户座星云
可见光下的整个猎户座星云。来源：w:NASA/w:ESA
观测数据：w:J2000 纪元
类型反射和发射
赤经05h 35m 17.3s[1]
赤纬-05° 23′ 28″[1]
距离1,344±20 光年 (412 秒差距)[2]
视星等 (V)+3.0[3]
视大小 (V)65×60 角分[4]
星座猎户座
物理特征
半径12 光年a
绝对星等 (V)—
显著特征梯形星团
其他名称NGC 1976, M42,
LBN 974, 沙普利斯星表 281

猎户座星云（也称为梅西耶 42、M42 或NGC 1976）是一个w:弥漫星云，位于猎户座腰带的南部b。它是最明亮的w:星云之一，在夜空中用w:肉眼可见。M42 距离地球 1,344±20 w:光年[2][5]，是距离w:地球最近的大质量w:恒星形成区域。M42 星云估计横跨 24 光年。较旧的文本经常将猎户座星云称为猎户座大星云或猎户座大星云。更早的占星学文本将其称为Ensis（w:拉丁语中的“剑”），这也是给恒星w:猎户座 η的名字，从地球上可以看到它靠近星云[6]。

猎户座星云是夜空中最受关注和拍摄最多的天体之一，也是最受人们深入研究的天体特征之一[7]。星云揭示了大量有关w:恒星和w:行星系统如何从坍缩的气体和尘埃云中形成的过程。天文学家直接观测到了w:原行星盘、w:褐矮星、气体剧烈和湍流的运动，以及星云中附近大质量恒星的光电离效应。还有w:超音速的气体“子弹”穿透猎户座星云中密集的氢云。每个子弹的直径是w:冥王星轨道直径的十倍，尖端是发出明亮蓝色光芒的铁原子。它们可能是大约一千年前由未知的暴力事件形成的。

一般信息

星云实际上是更大的星云的一部分，称为w:猎户座分子云复合体。猎户座分子云复合体延伸到整个w:星座猎户座，包括w:巴纳德环、w:马头星云、M43、w:M78 和w:火焰星云。整个猎户座星云都在形成恒星，由于这个热量密集的过程，该区域在w:红外线中特别突出。

即使在受到一些w:光污染影响的地区，星云也能用肉眼看到。它看起来是猎户座腰带下方三颗星中剑柄的中间那颗“星”。对于眼神敏锐的观察者，这颗星看起来很模糊，并且星云在w:双筒望远镜或小型w:望远镜中很明显。

猎户座星云包含一个非常年轻的w:疏散星团，被称为梯形星团，因为它的前四颗星形成星群。在视宁度良好的夜晚，其中两颗可以分解成它们的双星子系统，总共形成六颗星。梯形星团的恒星，以及许多其他恒星，仍然处于早期。梯形星团可能是更大的猎户座星云星团的一部分，该星团包含大约 2,000 颗恒星，直径为 20 光年。两百万年前，这个星团可能是w:逃逸恒星w:御夫座 AE、w:白羊座 53 和w:天鸽座 μ的诞生地，这些恒星目前正以超过 100 公里/秒的速度远离星云[8]。

观察者长期以来注意到星云除了红色区域和蓝紫色区域之外，还有一种独特的绿色色调。众所周知，红色色调是由Hα复合线w:辐射在w:波长为 656.3 纳米处产生的。蓝紫色色调是来自星云核心大质量O 型恒星的反射辐射。

在 20 世纪初，绿色色调让天文学家感到困惑，因为当时已知的w:光谱线都无法解释它。有些人推测这些线是由一种新元素引起的，并为这种神秘的物质命名为“星云元素”。然而，随着对原子物理学的更好理解，后来确定绿色光谱是由双w:电离w:氧中的低概率w:电子跃迁引起的，被称为“禁戒跃迁”。这种辐射在实验室中几乎不可能再现，因为它依赖于宇宙深处安静且几乎没有碰撞的环境[9]。

历史

梅西耶在他的 1771 年回忆录Mémoires de l'Académie Royale 中绘制的猎户座星云。

中美洲的玛雅文明 有一个民间故事，讲述了猎户座天区，也就是 西巴尔巴 的故事。 [10] 他们的传统 炉灶 中间都有一个发光的火点，对应着猎户座星云。 这是在望远镜发明之前，玛雅人就发现了天空中的弥漫区域，而不是星星的亮点的明确证据。 [11]

这个星云目前用肉眼就能看到，奇怪的是，在 17 世纪之前，没有关于星云的书面天文学记录。 特别是，托勒密在《至大论》中，以及苏菲在他的《恒星之书》中都没有提到这个星云，尽管他们都在夜空中列出了其他地方的星云。 奇怪的是，伽利略也没有提到这个星云，尽管他在 1610 年和 1617 年用望远镜观测了这部分星座。 [12] 这导致了一些猜测，认为照亮星云的恒星可能发生了耀斑，从而增加了星云的亮度。 [13]

猎户座星云通常被认为是在 1610 年 由 皮埃尔·加森迪 发现的，如皮埃尔·加森迪自己的记录所述。 西萨斯 是瑞士卢塞恩 的一位耶稣会 天文学家，他是在 1618 年的一本关于一颗明亮的 彗星 的书中首次公开记录了它（尽管有点含糊）。 在随后的几年里，它被几位著名的天文学家独立发现，包括 惠更斯 在 1656 年（他的草图是 1659 年首次出版的）。 梅西耶 在 1769 年 3 月 4 日首次记录了这个星云，他还记录了猎户座四边形中的三颗恒星。（现在认为这三颗恒星是由伽利略在 1617 年首次发现的，但他没有注意到周围的星云——可能是由于他的早期 望远镜 的视野太窄。） 梅西耶在 1774 年出版了其深空天体目录的第一版（于 1771 年完成）。 [14] 由于猎户座星云是其目录中的第 42 个天体，因此它被标识为 M42。

光谱学 由 威廉·哈金斯 在 1865 年完成，显示了星云的气态性质。 亨利·德雷伯 在 1880 年 9 月 30 日 拍摄了猎户座星云的第一张 天文照片，它被认为是历史上第一次进行深空天体摄影。

1902 年，沃格尔 和埃伯哈德发现了星云内部不同的速度，到 1914 年，马赛 的天文学家利用干涉仪探测到了旋转和不规则运动。 坎贝尔和摩尔利用光谱仪证实了这些结果，证明了星云内部存在湍流。 [15]

1931 年，罗伯特·J·特朗普勒 注意到，猎户座四边形附近的较暗的恒星形成一个星团，他第一个将它们命名为猎户座四边形星团。 根据它们的星等和光谱类型，他推算出距离为 1800 光年。 这比当时普遍接受的距离估计值远三倍，但与现代值更接近。 [16]

1993 年，哈勃太空望远镜 首次观测到猎户座星云。 从那时起，星云一直是哈勃望远镜研究的常客。 这些图像被用来建立一个详细的三维星云模型。 原行星盘 已在星云中大多数新形成的恒星周围被观测到，并且已经研究了来自质量最大的恒星的 紫外线 高能量辐射的破坏性影响。 [17]

2005 年，哈勃太空望远镜的 高级巡天相机 仪器完成了对星云迄今为止最详细图像的捕捉。 这张图片是通过望远镜的 104 次轨道拍摄的，捕捉到超过 3000 颗恒星，最暗的星等达到 23 等，包括新生 褐矮星 和可能的褐矮星 双星 。 [18] 一年后，与哈勃望远镜合作的科学家宣布了第一对食双褐矮星的质量，2MASS J05352184–0546085。 这对双星位于猎户座星云，质量分别约为 0.054 M☉ 和 0.034 M☉，轨道周期为 9.8 天。 令人惊讶的是，质量更大的那颗也比另一颗暗淡。 [19]

结构

光学图像显示了猎户座星云中的气体和尘埃云； 红外图像（右）揭示了内部闪耀的新恒星。 来源：C. R. 奥德尔-范德堡大学、NASA 和 ESA。

猎户座星云的整个区域跨越了天空的 10 度区域，包括 中性气体和尘埃云 、 恒星集团 、 电离气体体积 和 反射星云 。

星云形成一个近似球形的云，在核心附近密度最高。 [20] 云的温度高达 10,000 K，但在星云边缘附近急剧下降。 [21] 与密度分布不同，云显示出一系列速度和湍流，特别是在核心区域附近。 相对运动高达 10 公里/秒（22,000 英里/小时），局部变化高达 50 公里/秒，甚至可能更高。

目前对星云的天文模型包含一个电离区域，大致以 猎户座θ1 C 为中心，这颗恒星是大多数 紫外线 电离辐射的来源。（它发射的光致电离光比第二亮的恒星猎户座θ2 A 多 3-4 倍。 [22]）它周围环绕着不规则的凹形海湾，里面是更中性、高密度的云，中性气体团块位于海湾区域之外。 这反过来又位于猎户座分子云的边缘。

观察者给猎户座星云中的各种特征起了名字。 从北边延伸到明亮区域的黑暗带被称为“鱼嘴”。 两侧的照明区域被称为“翅膀”。 其他特征包括“剑”、“推力”和“帆”。 [23]

恒星形成

原行星盘 在猎户座星云中的景象，由哈勃太空望远镜拍摄。 来源：NASA。

猎户座星云是 恒星摇篮 的一个例子，在那里新的恒星正在诞生。 对星云的观测表明，星云内部大约有 700 颗恒星处于不同形成阶段。

最近使用 哈勃太空望远镜 进行的观测，在猎户座星云中取得了重大发现，即发现了 原行星盘 ，被称为原行星盘。 [24] 哈勃望远镜在星云中发现了 150 多个这样的原行星盘，它们被认为是 太阳系形成 最早阶段的系统。 它们的数量之多被用作 宇宙 中恒星系统形成相当普遍的证据。

恒星形成 是当 电离氢区 中的 氢 和其他气体的团块在自身引力作用下收缩时发生的。 随着气体的坍缩，中心团块越来越强大，气体通过将 引力势能 转换为 热能 而加热到极高的温度。 如果温度足够高， 核聚变 将被点燃并形成 原恒星 。 原恒星在开始释放足够的辐射能量来平衡其引力并停止 引力坍缩 时“诞生”。

通常，物质云在融合反应点燃之前会离恒星相当远的距离。这个残余云是原恒星的原行星盘，行星可能在那里形成。最近的w:红外线观测表明，这些原行星盘中的尘埃颗粒正在生长，开始走向形成w:星子。[25]

一旦原恒星进入其w:主序星阶段，它就被归类为恒星。即使大多数行星盘都能形成行星，但观测表明，如果猎户座四边形星团的年龄与星团中低质量恒星的年龄一样，那么强烈的恒星辐射应该已经摧毁了在猎户座四边形星团附近形成的任何原行星盘。[17] 由于在猎户座四边形星团附近发现了原行星盘，因此可以认为这些恒星比星团中其他成员年轻得多。c

恒星风和效应

一旦形成，星云中的恒星会发射出一股带电粒子流，称为w:恒星风。大质量恒星和年轻恒星的恒星风比w:太阳强得多。[26] 当恒星风遇到星云中的气体时，会形成冲击波，然后塑造气体云。恒星风的冲击波在恒星形成中也起着重要作用，它压缩气体云，形成密度不均匀性，导致云的引力坍缩。


猎户座星云中有三种不同的冲击波。许多都出现在w:赫比格-阿罗天体中。[27]

  • w:弓形冲击波是静止的，当两股粒子流相互碰撞时形成。它们存在于星云中最热的恒星附近，那里恒星风的估计速度为每秒数千公里，以及星云的外围，那里速度为每秒数十公里。当喷流撞击星际粒子时，弓形冲击波也会在恒星喷流的前端形成。
  • 喷流驱动冲击波是由新生w:金牛T型星喷出的物质喷流形成的。这些狭窄的流体以每秒数百公里的速度移动，当它们遇到相对静止的气体时就会变成冲击波。
  • 扭曲的冲击波看起来像弓形。它们是当喷流驱动冲击波遇到在横流中移动的气体时产生的。

M42 中的动态气体运动很复杂，但它们正在穿过海湾的开口，朝地球方向延伸。[28] 电离区域后面的中性区域目前正在自身引力作用下收缩。

演化

哈勃望远镜拍摄的星云中心全景图像。这个视野大约横跨 2.5 光年。猎户座四边形星团位于左下方。来源：NASA/ESA。

w:星际云，比如猎户座星云，遍布于星系，比如w:银河系。它们最初是引力束缚的冷中性氢团块，与其他元素的痕迹混合在一起。该云可以包含数十万个w:太阳质量，并延伸数百光年。可能导致云体坍缩的微弱引力被云体中气体微弱的压力所抵消。

无论是由与旋臂碰撞引起的，还是由w:超新星发出的冲击波引起的，原子都被沉淀成更重的分子，结果形成了分子云。这预示着云体中恒星的形成，通常认为是在 10-3000 万年的时间内，因为各个区域超过了w:金斯质量，不稳定的体积坍缩成圆盘。圆盘在核心处集中形成恒星，恒星周围可能环绕着原行星盘。这是星云当前的演化阶段，额外的恒星仍在从坍缩的分子云中形成。我们现在在猎户座星云中看到的年龄最小、最明亮的恒星，据认为其年龄不到 30 万年。[29] 最亮的可能只有 10,000 年的年龄。

一些坍缩的恒星可能特别大，并且可以发射大量电离w:紫外线辐射。猎户座四边形星团就是一个例子。随着时间的推移，星云中心大质量恒星发出的紫外光将在一个称为w:光蒸发的过程中，将周围的气体和尘埃推开。这个过程形成了星云的内部空腔，使地球上的观测者能够看到核心处的恒星。[7] 这些恒星中最大的恒星寿命很短，并将演化成超新星。

在大约 10 万年内，大多数气体和尘埃将被喷射出去。剩余部分将形成一个年轻的疏散星团，一个由明亮的年轻恒星组成的星团，周围环绕着来自先前云体的细丝状物。昴宿星团就是一个著名的例子。

  • Orion Nebula Complex including M42, M43, Running Man Nebula (NGC 1973, 1975, and 1977) and much of the surrounding nebulosity. Courtesy Hunter Wilson.
    猎户座星云复合体，包括 M42、M43、猎户座跑步人星云（NGC 1973、1975 和 1977）以及周围大部分星云。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.
    猎户座星云的全景图像，由 Ioannidis Panos 使用 8 英寸牛顿望远镜和尼康 D70 相机拍摄。
  • Infant stars, image from NASA's Spitzer Space Telescope.
    婴儿恒星，来自美国宇航局斯皮策太空望远镜的图像。
  • The majestic Orion Nebula imaged with the 2.2m ESO/MPG telescope. Credit: ESO
    壮丽的猎户座星云，由 2.2 米 ESO/MPG 望远镜拍摄。来源：ESO


注释

^a 1,270 × tan( 66′ / 2 ) = 12 光年。半径
^b 从北半球温带地区看，星云出现在猎户座腰带下方；从南半球温带地区看，星云出现在猎户座腰带上方的位置。
^c C. Robert O'Dell 对这篇维基百科文章发表了评论，“唯一严重的错误是“恒星形成”部分的最后一句。实际上应该改为

“即使大多数行星盘都能形成行星，但观测表明，如果猎户座四边形星团的年龄与星团中低质量恒星的年龄一样，那么强烈的恒星辐射应该已经摧毁了在猎户座四边形星团附近形成的任何原行星盘。由于在猎户座四边形星团附近发现了原行星盘，因此可以认为这些恒星比星团中其他成员年轻得多。”

参考文献

  1. ↑ a b "SIMBAD 天文数据库". NGC 7538 的结果. 检索于 2006-10-20.
  2. ↑ a b Reid, M. J. (2009). "大质量恒星形成区的三角视差：VI. 银河系结构，基本参数和非圆周运动". The Astrophysical Journal, in press. Retrieved 2009-05-13. {{cite journal}}: 未知参数 |coauthors= 被忽略 (|author= 建议) (帮助)
  3. ↑ "美国宇航局/IPAC 星系外数据库". NGC 1976 的结果. Retrieved 2006-10-14.
  4. ↑ NGC 1976 的修订版 NGC 数据，根据沃尔夫冈·斯泰尼克的 NGC/IC 数据库文件。
  5. ↑ Hirota, Tomoya (2007). "用 VERA 测量的猎户座 KL 的距离". Publications of the Astronomical Society of Japan. 59 (5): 897–903. Retrieved 2009-05-13. {{cite journal}}: 未知参数 |coauthors= 被忽略 (|author= 建议) (帮助)
  6. ↑ Allen, Richard Hinchley; 星名，它们的传说和意义, 1889
  7. ↑ a b 新闻稿，"天文学家发现了猎户座大星云的后继者"，哈佛-史密森天体物理中心，2006 年。
  8. ↑ Blaauw, A.; Morgan, W. W. (1954 年 5 月), "AE Aurigae 和 μ Columbae 相对于猎户座星云的空间运动", Astrophysical Journal, 119: 625, doi:10.1086/145866
  9. ↑ Bowen, Ira Sprague (1927 年 10 月 1 日), "星云光谱的起源" (学者搜索), Nature, 120: 473, doi:10.1038/120473a0 {{citation}}: 检查日期值：|date= (帮助); 外部链接位于 |format= (帮助)
  10. ↑ Kaufman, Anthony (2006). "超越死亡：与《泉》导演达伦·阿罗诺夫斯基的对话". Seed (11 月). Retrieved 2007-05-22. {{cite journal}}: 未知参数 |month= 被忽略 (帮助)
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  12. ↑ James, Andrew (2005 年 10 月 29 日). "猎户座大星云：M42 和 M43". 南部天文乐园. Archived from the original on 2012-06-28. Retrieved 2006-10-27.
  13. ↑ Tibor Herczeg, Norman (1999 年 1 月 22 日). "猎户座星云：早期星云研究的一个篇章". 天文学史. Retrieved 2006-10-27.
  14. ↑ 梅西耶，查尔斯 (1774), "星云和星团目录，在巴黎地平线上恒星之间发现；在海军天文台使用不同的仪器进行观测", Mémoires de l'Académie Royale des Sciences, Paris, archived from the original on 2003-10-21
  15. ↑ Campbell, W. W.; Moore, J. H. (1917 年 6 月), "猎户座星云的径向速度", Publications of the Astronomical Society of the Pacific, 29 (169): 143, doi:10.1086/122612
  16. ↑ 特伦普勒，罗伯特·朱利叶斯 (1931 年 8 月), "猎户座星云的距离", Publications of the Astronomical Society of the Pacific, 43 (254): 255, doi:10.1086/124134
  17. ↑ a b David F. Salisbury，2001 年，“最新的猎户座星云调查降低了行星形成的可能性”。
  18. ↑ Robberto, M.; O'Dell, Robert C.; Hillenbrand, L. A.; Simon, M.; Soderblom, D.; Feigelson, E.; Krist, J.; McCullough, P.; Meyer, M.; Makidon, R.; Najita, J.; Panagia, N.; Palla, F.; Romaniello, M.; Reid, I. N.; Stauffer, J.; Stassun, K.; Smith, K.; Sherry, B.; Bergeron, L. E.; Kozhurina-Platais, V.; McMaster, M.; Villaver, E. (2005 年 12 月)，"猎户座星云哈勃太空望远镜珍藏计划概览"，美国天文学会通报，美国天文学会会议 207，37: 1404，另请参阅NASA 新闻稿.
  19. ↑ K.G. Stassun、R.D. Mathieu 和 J.A. Valenti，“发现一个食双星系统中的两个年轻褐矮星”，自然，440，311-314，2006 年 3 月 16 日。
  20. ↑ B. Balick 等人，1974 年，“猎户座星云的结构”，1974 年，太平洋天文学会，第 86 卷，10 月，第 616 页。
  21. ↑ 同上，Balick，第 621 页。
  22. ↑ C. R. O'Dell，2000 年，“猎户座星云的结构”，太平洋天文学会出版物，113:29-40。
  23. ↑ “M-42”，太空探索与发展学生组织，2006 年 4 月 12 日。
  24. ↑ McCaughrean, Mark J.; O'dell, C. Robert. (1996 年 5 月)，"猎户座星云中星周盘的直接成像"，天文杂志，111: 1977，doi:10.1086/117934
  25. ↑ Kassis, Marc; Adams, Joseph D.; Campbell, Murray F.; Deutsch, Lynne K.; Hora, Joseph L.; Jackson, James M.; Tollestrup, Eric V. (2006 年 2 月)，"猎户座星云中光解离区的红外发射"，天体物理学杂志，637 (2): 823–837，doi:10.1086/498404，另请参阅新闻稿
  26. ↑ Ker Than，2006 年 1 月 11 日，“猎户座的辉煌：揭示的恒星工厂”，Space.com
  27. ↑ “绘制猎户座的风”，2006 年 1 月 16 日，范德堡大学新闻服务
  28. ↑ 同上，Balick，第 623、624 页。
  29. ↑ “猎户座星云的细节”，HST 图像和文字。

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