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文：李澤銘
抬頭仰望滄茫無盡的星空，心中總是不期然想知道宇宙從何而起，到哪而終。觀星自古是人類的「娛興節目」，而且透過幻想為每顆天體的背後加上一個個動人的神話故事，也是古人解釋宇宙起源的方法。後來，觀星技術愈來愈成熟，天文學理論也變得日益完整，利用天文觀測來解釋宇宙已不再單靠幻想，而是訴諸科學證據。
最近，一位「土產」天文學家在觀星中又有了新發展，有助進一步解開宇宙演化之迷。身兼香港大學理學院院長和物理系教授的郭新和台灣國立中央大學的夏志浩，早前在西雅圖美國天文學會（American Astronomical Society）的會議中，共同發表研究結果，指哈勃12號星雲臨死時噴出了層層的煙環。這些煙環是一顆擁有10億年生命的恆星，在最後數萬年歲月裡所產生的餘輝。
望遠鏡中窺見宇宙秘密
哈勃12號星雲在1921年被美國著名天文學家艾雲．哈勃（Edwin Hubble）首先發現。從哈勃太空望遠鏡拍得的照片所見，這星體呈漏斗形，腰部纖細。郭新和夏志浩詳細分析這些照片時，發現有9個神秘的環，一個接一個的環繞著這星雲的軸心。
中等質量恆星在其生命將終結時，內部核融合耗盡，會產生重力崩塌與氣體擴脹的現象，這些外逸的大量雲氣將會構成一個類似行星之圓盤外觀，所以稱為行星狀星雲（Planetary Nebulae），而太陽亦將在50億年後經歷這個轉變。
行星狀星雲其實和行星毫無關係，只是透過光學望遠鏡觀測時，行星狀星雲看起來有如木星一類巨型氣體行星，具有一定體積，而不像看上去只有一個光點的恆星。在我們的銀河系中，已被發現的行星狀星雲大概有1,500個。
星球演化 從開始到終結
行星狀星雲是大部分恆星演化到最後所呈的狀態。我們所見的太陽是一顆普通的恆星，宇宙中只有少數的恆星質量遠大於它。大質量的恆星（超過5倍太陽質量）在演化的末期將戲劇化地產生超新星爆炸，被拋出的物質可能與彗星帶碰撞，形成新的恆星、行星和衛星等不同新天體。至於其中心物質，暫時已知有兩種可能的演化終點，分別是中子星，或吞噬一切的黑洞。
質量小於0.5倍太陽質量的恆星，一生中絕大部分的時間都在核心進行氫融合成氦的核聚變反應，由核聚變釋放出來的能量阻擋住恆星自身重力的崩潰，使恆星保持穩定。在氫耗盡之後，恆星光度將逐漸變得暗淡，成為紅矮星（red dwarf）。
中等質量恆星（約0.4至3.4太陽質量）誕生10億年之後，體內氫氣將接近用盡，核心產生的能量已不足以支撐來自恆星外殼的壓力，於是核心收縮使溫度上升。現時的太陽仍在燃燒氫氣，其核心溫度接近1,500萬K，但當氫用盡時，收縮的壓將把溫度推至1億K。恆星外殼因為核心溫度的升高而劇烈膨脹，但急劇膨脹又導致外殼溫度下降，恆星因此變成較暗較巨的紅巨星（red giant） 。
進入紅巨星階段後，恆星的外殼繼續向外膨脹，但核心卻向內收縮，使溫度再升高，當達到1億K時，核心的氦將開始核聚變成為碳和氧，宇宙中的金屬可能由這個過程形成。再度點燃的核聚變為恆星提供額外能量，阻止了核心的收縮，暫緩其死亡，並至少為其續命10億年。核聚變產生的碳和氧移往恆星核心，外面則被燃燒中的氦所包圍著。
氦的核聚變反應對溫度十分敏感，當溫度上升不到2%，反應的速度已經增加近一倍。因此溫度只要略為上升，核反應速度便迅速增加，釋放更多能量，進一步把溫度推高，高溫除了提升核反應速度，亦令外殼向外膨脹的速度增加，外殼加速冷卻。因此，恆星變得十分不穩定，巨大脈動（huge pulsations）造成恆星的氣體外殼不斷收縮和膨脹，最後終將被拋出太空中。
星體凋亡仿曇花一現
拋出的氣體在恆星附近形成彩色的雲層，本來的核心將露出表面，成為外殼，上述的循環持續，這層外殼又被拋出太空。隨著愈來愈多的外殼被拋離恆星，恆星表面則愈接近核心，露出部分的表面溫度也愈來愈高。當表面溫度大約達到3萬K時，便產生足夠的紫外線刺激被拋出的氣體，使其綻發光芒，行星狀星雲便因而誕生。相對於擁有數10億年生命的恆星，這種狀態只能維持數萬年，好比驚鴻一瞥而消逝的曇花，或把生命推至燦爛一刻凋亡的櫻花。
行星狀星雲有多種不同形狀，但這種形態轉變的詳細物理過程，仍然有待考究。為何一顆垂死的恆星，會產生這些形態完美的層層環狀，迄今仍然是一個謎。郭新相信，這些從哈勃12號星雲觀測所見的層圈，和星雲的形成不無關係。
「一連串高速、周期性、有方向性的爆發，將哈勃12號星雲雕刻成這漏斗形狀。探測這些環狀，將有助我們了解星體最後的蛻變過程。」郭新表示。
從外太空的星雲中看到我們身處的太陽系的歸宿，體現到所謂「他朝君體也相同」。未知兩位學者有否感念至此。得知一切到頭仍是化作煙塵，對活在當下的我們可有頓悟呢？
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