一道明亮的弧,可能记录着一颗恒星穿过星际空间的速度。

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图片:NASA 天文每日一图(APOD)· Image Credit & Copyright: Pawel Piechnik · 原始页面

9 月 29 日的 NASA 天文每日一图,放了一只虾。

或者一只海豚,或者一只狐狸——这团东西在天文爱好者那里有好几个外号。它的正式名字朴素得多:Sh2-188,沙普利斯星云表里的第 188 号。

它是一个行星状星云。这个名字取得相当糟糕,因为它跟行星毫无关系——十八世纪的天文学家透过当时的望远镜看过去,觉得这些圆乎乎的绿色斑点像行星,名字就这么留下来了。它真正的身份是:一颗像太阳一样的恒星死掉之后留下的东西。

一颗恒星是怎么“死”的

先把这件事讲清楚,因为它关系到这张照片为什么长成这样。

像太阳这种质量的恒星,寿终正寝的方式并不壮烈。它不会爆炸。它会先膨胀成一颗又大又冷的红巨星,然后在几万年的时间里,把自己的外层大气一层层地吹出去——像一个人慢慢把外套、毛衣、衬衫一件件脱掉。

脱到最后,露出来的是最里面那个又小又烫的核,叫白矮星。这个核不再产生能量,只是在发光发热地慢慢冷却,但它此刻的紫外线强得惊人,把刚才吹出去的那些气照得发亮——那圈亮起来的气,就是行星状星云。

如果恒星向四面八方均匀抛出物质,可以形成近似球壳。但真实的行星状星云受多种因素影响,并不都呈圆形。

可 Sh2-188 不是。它是一道弯弯的、一头明亮一头暗淡的弧。

它在逆风奔跑

原因就藏在 APOD 那段说明的一句话里:这颗白矮星在星际空间里跑得异常快。

Wareing 等人的流体力学模拟发现,中心恒星相对周围星际介质以约每秒 125 公里运动,可以再现观测到的主要结构。这是模型推断的速度,而非一块直接读数的速度表。

星际空间并不是全空的。那里稀薄地散着气体和尘埃——虽然非常稀薄,但确实存在。

现在,把这两件事放在一起:一颗跑得极快的星,前方有一层极稀薄的气体。

它的正前方会堆。就像一艘船在水里犁出的那道船首浪,星云朝着运动方向的那一侧被压紧、压热、压亮,形成一道弓激波——在今天这张照片上,它最明显的位置在左上方。而它的背后,气体被甩在后面,稀薄、暗淡,拖成一条尾巴。

所以这个形状根本不是“变形”。它记录了恒星抛出的气体与周围介质的相互作用。高速运动可以让迎风一侧受到更强的压缩。

你在骑车的时候体验过一模一样的事。没风的日子里,你一加速,迎面就来风了。那风是你自己跑出来的。Sh2-188 干的就是这件事,只是尺度远远超出日常经验。

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示意图:来历编辑整理;非按比例绘制。

半个月亮那么大

这团星云位于仙后座,在天空中横跨约十五角分,差不多是满月直径的一半。它是角直径较大的行星状星云之一,但十分暗淡。

这张照片由 Pawel Piechnik 在波兰克拉科夫用后院望远镜拍摄,记录氢、硫、氧的特定波段,再经数字调整,使颜色接近星云的真实色彩。

地球也有一道弓激波,而中国测过它

这里值得多说一句,因为弓激波不是遥远天体的专利。

太阳每时每刻都在向外吹出高速带电粒子流,也就是太阳风。它撞上地球磁场的时候,在地球朝太阳那一侧的外围,同样会形成一道弓形的激波面。这道结构位于地球迎向太阳风的一侧。区别只是:Sh2-188 的弓激波是星在跑,地球的弓激波是风在吹。

2003 年 12 月 29 日和 2004 年 7 月 25 日,中国先后发射了探测一号(TC-1)和探测二号(TC-2),这就是中欧合作的“双星计划”。TC-1 走近赤道轨道,TC-2 走极轨,两颗星的轨道与欧空局已经在天上的 Cluster 四颗卫星同步;双星上有七台仪器与 Cluster 的完全同款。

为什么把六颗星的数据放在一起?因为激波是一个面,不是一个点。一颗卫星飞过去,只能告诉你“这一刻这个位置的情况是这样”,你分不清读数的变化是因为空间不同,还是因为时间不同。六颗星同时在不同位置测量同一片区域,就能更好地区分空间结构和随时间发生的变化。

天文学里很多进步都是这么来的:不是造了更大的望远镜,而是想清楚了得同时站在几个地方看。


资料

Wareing 等:Sh2-188 与星际介质的相互作用、原始页面、Constellation Guide:Shrimp Nebula (Sh2-188)、ESA:Double Star 任务简介、Double Star (satellite)(维基百科)