“行星狀星雲”是夜空中最美麗的天體。它們薄紗般的氣體外殼超凡脫俗、令人回味。它們極其吸引眼球，觀眾們無需具備任何科學知識就可以被其吸引、為其傾倒。
那麼，它們是怎樣被創造出來的呢？為什麼它們看起來如此的美麗？
首先，我們得告訴你，“行星狀星雲”這個名字並不準確。其實，它們和行星沒有任何關係。但是，當天文學家第一次用早期的望遠鏡觀察它們時，認為它們看起來像是行星。 這樣的誤稱可以追溯到1780年，當時像威廉·赫歇爾（William Herschel）這樣的天文學家就是這樣描述它們的。
當然，現在我們已經搞清楚了。我們知道，行星狀星雲實際上是從一顆紅巨星的外層大氣中噴出的氣體層，並被恆星的輻射照亮。不同的顏色來自氣體中不同的化學元素。
星雲始於質量約為1到8個太陽的恆星。在恆星的聚變壽命接近尾聲時，恆星的引力會隨著質量的喪失而減弱。這顆恆星會膨脹成一顆紅巨星，並開始從其大氣層中釋放出層層氣體進入太空。當這些氣體層向外移動時，它們會被隱藏在這些美景中間的恆星的紫外線輻射電離。當氣體離開這顆恆星（現在被稱為行星狀星雲核，簡稱PNN）時，它會照亮氣體殼。
行星狀星雲在天文學上是相對短暫的現象。它們只持續了幾萬年。我們自己的太陽將遵循這條進化路徑，最終成為一顆紅巨星，擺脫自己的大氣層，形成行星狀星雲。
上圖：行星狀星雲NGC 2818巢狀在開放星團NGC 2818A內。
在最近舉行的美國天文學會第237次會議上，來自羅徹斯特理工學院（RIT）和綠岸射電天文望遠鏡的科學家們，展示了關於行星狀星雲如何形成其驚人形狀的新研究。他們的工作集中於哈勃拍攝的兩個著名的行星狀星雲：蝴蝶星雲（NGC 6302）和寶石蟲星雲（NGC 7027）。
在2019年和2020年，哈勃用其廣角相機3拍攝了這兩個星雲全色的照片。從近紫外到近紅外的發射線影象使天文學家能夠詳細研究星雲。這些全色研究是同類研究中的第一個。這一切都是為了瞭解星雲的形成過程和測試雙星驅動星雲形成的模型。
羅徹斯特理工學院（RIT）的科學家喬爾·卡斯特納（Joel Kastner），也是這項工作的研究人員之一。他對這項研究工作解釋道：“我們正在剖析它們。我們可以看到瀕死的中央恆星如何剝離和粉碎其噴射出的物質。我們現在可以看到，中央恆星丟棄的物質在哪裡被電離氣體所支配，在哪裡又被較冷的塵埃所支配；甚至熱氣體是如何被電離的，無論是由恆星的紫外線，還是由它現在的疾風引起的碰撞。”
上圖：最近，哈勃望遠鏡被重新安置在被稱為“蝴蝶星雲”的NGC 6302上，透過從近紫外到近紅外的更完整的光譜來觀察它，幫助研究人員更好地理解其彩色氣體“翅膀”中的工作機制。
根據這項研究，蝴蝶星雲（NGC 6302）非常年輕，大約有2000年的歷史。星雲的一部分甚至更年輕，其所謂的“翅膀”甚至還不到2000年。
研究還揭示了另一個令人驚訝的事實：天文學家認為的中央恆星實際上並不是。這個距離地球更近，而且和蝴蝶星雲沒有關係。要確定它中心的真正恆星，需要一個像詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST）那樣的強大望遠鏡。未來，科學家們希望JWST能做到這一點。
上圖：從卡斯特納的AAS展示的蝴蝶星雲的影象。這些黑點和白點就是天文學家認為的中心恆星。但這項新的成像研究表明，這些發現是不正確的。中央的恆星是黃色的。
該研究中的另一個星雲是寶石蟲星雲，簡稱（NGC 7027）。
上圖：左邊是由哈勃太空望遠鏡於2019年拍攝，並於2020年釋出的寶石蟲星雲(NGC 7027)。研究人員進一步分析得出了右邊的RGB影象，從兩條氫發射線的相對強度推斷，塵埃導致的消光為紅色；硫發射相對於氫為綠色；鐵發射為藍色。
該團隊對寶石蟲星雲的研究是基於25年的持續監測，這些監測可以追溯到哈勃望遠鏡早期。保拉·莫拉加·貝茲是參與行星狀星雲研究的研究人員之一。貝茲表示，寶石蟲星雲是“與眾不同的，因為它不尋常地將圓對稱、軸對稱和點對稱（兩極）結構結合在一起。”貝茲解釋說：“儘管星雲的中心有一顆炙熱的恆星，並且顯示出高激發態，但它仍然保留著大量的分子氣體和塵埃。”
上圖：它顯示了ngc72027中鐵II的發射線。顯示了地震發生的地方。這些衝擊表明碰撞會產生不同的電離態。這些衝擊有助於形成行星狀星雲的形狀。
北方擴充套件毫米陣列（NOEMA）望遠鏡也對這項研究做出了貢獻。傑西·布利茨是綠岸天文臺的博士後研究員，他分析了NOEMA拍攝的NGC 7027影象。他能夠識別出分子示蹤劑，這些示蹤劑顯示了X射線和紫外線仍在改變星雲的化學性質。 來自多個望遠鏡在多個波長上的影象組合，顯示了NGC 7207中央恆星發出的輻射是如何塑造星雲的不同區域。
上圖：右邊的RGB影象顯示了CO+(紅色)和HCO+(藍色)分子的空間分離，分別表示紫外線和X射線過程。更深的光學影象[O III](綠色)提供了電離原子結構和射電分子觀測結果的並列。
從天文學的角度來看，行星狀星雲形成的速度相當快。當紅巨星脫落它的層時，它的恆星風幫助把這些層塑造成定義行星狀星雲的精緻形狀。然後，當恆星失去它的質量，它成為一個行星狀星雲核（PNN）。來自PNN的風比來自紅巨星的風要快，它撞擊從紅巨星排出的氣體。這些恆星風之間的相互作用，有助於在行星狀星雲中創造出各種各樣的形狀。
卡斯特納表示，他們的研究工作就是“確鑿的證據”，證明了這兩種風相互作用，形成了這些形狀。
理論還表明，行星狀星雲的形狀可以表明一個看不見的雙星伴星的祖恆星。雖然這次展示並沒有提供伴星存在的確鑿證據，但一些影象表明，有一些不為人所知的過程在起作用，可能與雙星情況有關。
傑西·布利茨還展示了一張圖片，顯示了三股不同的射流在塑造星雲。“總之，我們有證據表明，這些週期性噴流正在撕裂行星狀星雲NGC 7207原本相當球形或對稱的包層，這表明它在其短暫的生命週期中經歷了非常有趣的過程。”
上圖：NGC 7207的某些形狀是由三股週期性噴流撕裂其外殼形成的。
這項研究中的星雲不會持續很久。根據卡斯特納和他同事們的說法，它們是最年輕、演化最快的兩個行星狀星雲。它們的壽命很短，隨著組成它們的氣體繼續遠離中央恆星（最終會變成一顆白矮星）它們會逐漸消散。
這些氣體最終將成為星際介質的一部分。透過這種方式，行星狀星雲在形成下一代恆星的過程中扮演著重要的角色。來自星雲的氣體有較高的金屬丰度，而由這些氣體形成的恆星也會有較高的金屬丰度。任何圍繞這些恆星形成的行星也都會如此。而像地球這樣的岩石行星需要金屬才能形成。
即使沒有這些詳細的知識來解釋它們，行星狀星雲依然非常迷人。用天文術語來說，它們只是短暫的氣體噴射。在技術文明的轉瞬之間，它們就消失了。