从1990年4月24日升空到现在，哈勃空间望远镜（以下简称为“哈勃”）的运行时间已经超过了整整30年。即使以首次开始执行拍照任务的5月20日开始算，时间也已经超过整整30年。在过去的30年有余的时间里，哈勃拍下了无数图像。利用哈勃得到的这些图像，天文学家破解了宇宙的众多奥秘。除此之外，图像处理专家与一些热心的天文爱好者们还精心处理了大量图像，从中精选出最动人心魄的图像，公之于众。在《哈勃眼中的奇妙宇宙》系列中，我们将分门别类地介绍哈勃拍摄的那些最具代表性的优美图像，并力图深入浅出地介绍这些优美的图像背后的基本原理。
Credit: NASA, ESA, and STScI著名的天文学家与作家卡尔·萨根 (Carl Sagan) 曾经说过一句名言：“我们都是星尘。”结合当前的天文学、生物学与考古学，我们可以构建出“我们来自星尘”这个理论的基本框架：→ 恒星爆炸后将内部合成的大量元素以气体和尘埃的方式注入到周围的星云中；→ 恒星形成过程中的一些边角料形成了类似于地球、木星之类的行星；→ 一些拥有水的行星上形成低等生命，然后逐步进化出丰富多彩的生命，包括人类。构成人类与这些生物的物质几乎都来自恒星爆炸后喷发出的气体与尘埃。所以，我们都是星尘。在宇宙中的某个地方，曾经有一颗恒星爆炸，将其自身物质输送到附近的星云；此后，这片星云中形成了众多恒星，其中一颗恒星爆炸后，附近的星云再次将其自身物质吸纳。46亿年前，这片星云中形成众多恒星，其中一颗是我们的太阳。伴随太阳形成的，当然是我们的地球与太阳系中的其他天体。因此，我们的太阳和地球中包含了两轮恒星爆炸输出的产物，我们身体内的物质有两个恒星爆炸后喷发出的物质。据此，有人进一步提出，不仅我们来自星尘，构成我们左手的物质和构成我们右手的物质还很可能来自不同的恒星。所以，你是来自星星的你，我是来自星星的我，我们是来自星星的我们。在宇宙中，星星的生与死的循坏，如花开花谢，非常普遍。也许你会觉得那些星云一定黯淡无光，那你对了一半。因为一开始，那些星云确实是黯淡无光的。事实上，当我们在足够黑暗的地区仰望夜空时，我们看到的银河内的巨大的黑暗区域大多数是此类星云，它们阻挡了背后的星星发出的光。
图：地面照相机拍摄的银河拱桥与大麦哲伦云星系、小麦哲伦云星系以及欧洲南方天文台一个望远镜的合影。银河拱桥中的黑色区域就是黑暗的星云。Credit：ESO/Y. Beletsky
但是，随着时间的演化，这些星云就慢慢开始发光了，然后星星形成了；星星发出的光又让周围的物质发出了光，于是它们就此成为宇宙中壮观的景象。于2020年4月24日公布的哈勃30周年纪念图中的主角NGC 2014就是这样的一片星云。图中区域是大麦哲伦云星系中的一个巨大的星云的两个部分，宽度与高度分别为540光年与370光年。1光年等于光在真空中行走1年的距离，约等于10万亿千米。在这张壮丽的图中，暗红色为主色调的NGC 2014中发光的亮点是这片星云孕育出的恒星。这些恒星发出的强烈紫外线加热了周围的氢，使其发出红色的光芒。它就像海底的珊瑚礁，因此被称为“宇宙暗礁”。
图：哈勃上面的第3代宽场照相机 (WFC3) 拍摄的NGC 2014（右上）与NGC 2020（左下）的可见光与近红外图像。NGC 2014是一个巨大的星云，里面已经形成众多明亮的恒星。这些恒星的质量都达到太阳质量的10倍以上，它们发出的猛烈紫外线与星风将附近的气体赶远，从而在周围产生气泡，使周围的气体产生红珊瑚的形态。左下角的NGC 2020是一颗高温恒星，它吹出了自身外壳的一些高温气体。Credit: NASA, ESA, and STScIhttps://www.spacetelescope.org/images/heic2007a/ 哈勃拍摄的“偶像级”照片“创生之柱”，也是这样的星云。图中的区域的长宽都约为10光年。因此，图中每根柱子的高度都达到了几十万亿千米。
图：哈勃拍摄的“创生之柱”是哈勃拍摄的所有图片中最富盛名的图片。Credit: NASA, ESA/Hubble and the Hubble Heritage Team https://www.spacetelescope.org/images/heic1501a/ 在广袤的宇宙中，类似于创生之柱的星云非常多，它们在银河系以及其他各类星系中普遍存在。我们可以将它们统一称为“恒星形成星云”——在这些星云中，恒星形成。因此，当我们再次将目光投向银河系时，我们应当对那些看上去黑暗的星云有敬畏之心：它们看似与明亮的星星截然相反，但实际上却是星星的育婴室：所有的恒星都是在这样的星云中形成的。这些恒星形成星云形态各异；其中一些正在发光的，更是光怪陆离、光彩夺目。它们不仅是众多天文爱好者最喜爱的拍照对象之一，也是天文学家最重要的研究对象之一。哈勃拍摄了众多恒星形成星云的震撼人心而精妙绝伦的图像。我们按照从近到远的顺序，带大家领略哈勃镜头中的这些星云的迷人风采。距离地球最近的两个恒星形成星云都位于猎户座方向，分别是猎户座星云与马头星云，它们与地球的距离都大约是1400光年。猎户座是天空中的一个著名星座，是北半球冬季星空中最好辨认、最漂亮的星座之一。猎户座的几颗亮星构成的图就像一个面向我们的猎人，因此得名。猎户座“猎人”腰部三颗星附近的区域有一片云雾状的天体，它就是著名的猎户座星云。在著名的“梅西耶星表”中，猎户座的编号是M42；在NGC星表中，它的编号是NGC 1976。早在望远镜被发明之前，它就被人类注意到。
图：哈勃的第二代宽场与行星照相机 (WFPC2) 拍摄的猎户座星云的一部分。这片星云中已经形成非常年轻的恒星，它们在大约30万年前形成。图中顶端的众多年轻而炽热恒星照亮了星云。那些暗一些的恒星被包裹在气体与尘埃之中。Credit: C.R. O'Dell/Rice University NASA/ESAhttps://www.spacetelescope.org/images/opo9424a/ 奇怪的知识：梅西耶星表。为了防止自己继续将一些云雾状的物体当做彗星，天文学家查尔斯·梅西耶 (Charles Messier) 将它们编入一个黑名单——“星云星团表”，里面有103个天体。后来，人们把他与他的朋友皮埃尔·梅襄 (Pierre Méchain) 在后来发现的7个天体加入，总数达到110个。这些天体的名称都以M或者Messier开头，数字从1变化到110，比如M87。奇怪的知识：NGC星表。1786年，威廉·赫歇尔 (William Herschel) 编制了星云与星团表。1864年，约翰·赫歇尔 (John Herschel) 将这个表扩充为“总表”，简称GC。1888年，约翰·德雷耶 (John Dreyer) 德雷耶发表了“新总表”，简称NGC。新总表里的天体的名词的开头都是NGC。1895年与1908年，这个表扩充为索引表，简称IC。猎户座星系内部已经形成一些恒星。这些恒星中的少部分已经显露出来，发出强烈的的紫外线、可见光与红外线。更多的恒星被周围的星云包围着，它们发出的紫外线与可见光被重重星云吸收，星云被加热后发出红外线。这些红外线与恒星自身发出的红外线一起向外辐射。但是，如果望远镜不具备探测红外线的能力，就无法看到它们。1997年，宇航员在哈勃上装上“近红外照相机与多目标分光仪” (NICMOS) ，使得哈勃探测红外线的能力比之前强得多。NICMOS拍摄的猎户座星云 (M42) 发出的1100纳米与1600纳米的红外线，不仅发现其中几千颗被尘埃遮蔽的亮恒星，还发现了这个星团中的大约50个新形成的“褐矮星”——这些褐矮星温度很低，发出的辐射以红外线为主。
图：左为哈勃的第二代宽场与行星照相机 (WFPC2) 拍摄的猎户座星云的可见光图像，图中最显眼的是四颗明亮的恒星；右为哈勃的“近红外照相机与多目标分光仪” (NICMOS) 拍摄的猎户座星云的红外线图像。后者窥见了更多恒星，它们中的大多数成员发出的可见光被周围的气体与尘埃吸收而无法被探测到，但它们发出的红外线却被探测到了。Credit: K.L.Luhman;and G.Schneider, E.Young, G.Rieke, A.Cotera, H.Chen, M.Rieke, R.Thompson, C.R.O'Dell and S.K.Wong and NASA/ESAhttps://www.spacetelescope.org/images/opo0019a/ 马头星云是位于猎户座方向的另一个美名远扬的星云，它又被称为Barnard 33，距离地球大约1400光年。星云中翻腾的气体与尘埃形成了海马头部的形状，因而得名。与早已被人类看到的猎户座星云不同的是，马头星云直到1888年才被哈佛大学天文台的天文学家发现。哈勃的WFPC2虽然可以捕捉814纳米的近红外线，但这样的近红外线依然非常接近红光，因此拍出的马头星云的图像以黑暗为主色调。因此，哈勃拍摄的马头星云在可见光照片，和地球上的望远镜拍到的类似，里面的星云确实像一个黑暗的马头，全靠周围的亮光衬托，才显示出它的形状。
图：哈勃升空11周年纪念图：哈勃的WFPC2拍摄的马头星云的可见光与近红外线（814纳米）图像。马头顶端的左边区域内部产生的恒星发出的光照亮了周围，但它自身还是被星云包围着。马头上方的一颗大质量恒星也在发出强光与星风，挤压、重塑马头的形状，这颗恒星在这张图之外。Credit: NASA, NOAO, ESA and The Hubble Heritage Team (STScI/AURA)https://www.spacetelescope.org/images/heic0105a/2009年，宇航员在对哈勃进行最后一次维修时，用第三代宽场照相机 (WFC3) 替换WFPC2。比起WFPC2, WFC3有一个显著的优点：它可以拍摄波长更长的近红外，比如1100纳米与1600纳米的近红外线。WFC3拍出的马头星云的近红外线图像显示了另外一种景象：在可见光图像上出现的几颗星显得更明亮得多，这是因为它们发出的红外线更容易穿透周围的星云，因此显得更亮；此外，整个星云不再黑暗，而是发出明亮的红外线。下图中，天文学家用红色来表示肉眼无法看到的红外线。
图：哈勃升空23周年的纪念图：哈勃的WFC3拍摄的马头星云的近红外线照片。星云中的白点与蓝点都是大质量恒星。Credit: NASA, ESA, and the Hubble Heritage Team (AURA/STScI)https://www.spacetelescope.org/images/heic1307a/ 奇怪的知识：恒星如何形成？星云在自身的引力作用下，不断收缩，并分裂为一个个更小的星云。小星云也会在自身的引力作用下收缩。在收缩的过程中，星云气体的粒子互相摩擦，产生大量热量，导致星云温度升高，每个星云碎片中心的温度不断上升。当小星云中心的温度达到上千万摄氏度时，中心的氢聚变为氦，恒星形成。在看完距离地球约1400光年的猎户座星云与马头星云后，我们就可以往远一些，看看距离地球约2000光年的雪天使 (Snow Angel) 星云。雪天使星云位于天鹅座，像长着一对洁白翅膀的天使，因此得名。在第2版Sharpless星云表中，雪天使星云的编号是106，因此它也被标记为Sharpless 2-106，简称Sh 2-106或S106。奇怪的知识：Sharpless星云表。天文学家Stewart Sharpless编制的星云表。第一版于1953年首次发表，包含142个恒星形成星云，缩写为Sh1。1959年，这个星云表的第二版出版，包含312个天体。
图：哈勃的WFC3拍摄的雪天使星云的光学与近红外合成图像。星云中心的大质量恒星发出的光将周围的星云加热到1万摄氏度左右，使星云发出各种颜色的光。图中蓝色表示氢发出的光。炽热的气体与周围的冷气体接触，产生了羽毛状的结构，仿佛天使翅膀上的羽毛。https://www.spacetelescope.org/images/heic1118a/ 雪天使星云的中心有一颗10万年前才形成的恒星S106 IR，它的质量大约是太阳质量的15倍。这颗年轻的恒星表面的温度大约是3万7千摄氏度，它产生的辐射使这个星云中心区域两侧呈现漏斗形，又像一对翅膀——这对翅膀张开的总长度达到2光年。研究表明，雪天使星云中还形成了几百颗低质量的褐矮星与即将进入恒星阶段的“原恒星”。奇怪的知识：恒星形成星云中主要有什么？这些星云中，含量最多的是氢，也包含少量各类其他元素，比如碳、氮、氧、硫，等等。锥星云
图：哈勃的ACS于拍摄的锥星云的可见光与近红外图像。锥星云位于麒麟座，距离地球约3000光年。锥星云的长度达到7光年，图中拍摄的是它顶端的约2.5光年长的部分。附近的高温恒星在过去几百万年内持续瓦解这个锥状的星云的顶部的星云。星云内外的恒星将一部分星云加热到足够高温，使其发射出红色光芒；与此同时，那些温度不够高的星云反射了恒星发出的蓝白色的光。
Image credit: NASA, the ACS Science Team and ESA
Credit: NASA, Holland Ford (JHU), the ACS Science Team and ESA
https://www.spacetelescope.org/images/heic0206c/
在看完锥星云之后，我们来看看距离地球约4000光年远的礁湖星云，它位于人马座方向。1654年，意大利天文学家贾凡尼·霍迪纳 (Giovanni Hodierna) 首次将这个星云编入星表，其目的也是为了避免在观测彗星时将它误认为是彗星，这方面，他比梅西耶更早。此后，礁湖星云成为天文爱好者的热门观测对象之一。2018年2月12日到18日之间，哈勃的WFC3观测了礁湖星云，最终得到的合成图如下。图中区域的宽度与高度分别为55光年与20光年。
图：哈勃升空28周年纪念图：哈勃WFC3拍摄的礁湖星云 (M8) 的可见光图像。https://www.spacetelescope.org/images/heic1808a/ 奇怪的知识：恒星形成区为何如此漂亮？恒星形成区里形成的恒星发出的紫外线不仅会将周围的氢电离为氢II，还会将氧、硫等元素电离。从这些原子中逃逸出去的电子发出各种各样的光，是的恒星形成区显示出各种颜色。尽管在可见光图像中仅有几颗明亮恒星可以被看到，但在WFC3拍摄的礁湖星云的近红外图像中，可以看到的恒星就多得多了。
图：哈勃WFC3拍摄的礁湖星云 (M8) 的近红外图像。可见光图像中无法看到的大量恒星，在这张图中一一呈现。类似的，可见光图像中大部分暗云在近红外图像中成为明亮的云。https://www.spacetelescope.org/images/heic1808b/ 三叶星云
在距离地球大约4000光年处，还有一个像三片叶子组合成的美丽星云——“三叶星云”。三叶星云位于人马座方向，在梅西耶星表中的编号是M20，在NGC星表中的编号是NGC 6514。它是天文爱好者的热门拍摄对象之一。
哈勃的WFPC2也曾经拍摄了三叶星云的一部分区域。哈勃的图像表明这个星云内部正在形成众多恒星。特别是，它顶端的两个“触角”其实是即将正式形成恒星的星云碎片喷发出来的“HH天体灯塔”。这两根“触角”使三叶星云像一只巨大的太空蜗牛。
图：哈勃的WFPC2拍摄的“三叶星云”的可见光图像。图中区域的边长达到3光年。星云内部已经产生大量恒星，并正在产生大量恒星。顶端的两股喷流使得这部分图像就像一只巨大的太空蜗牛。2005年，NASA的斯皮泽红外空间望远镜在三叶星云中120颗刚诞生的恒星与30颗处于胚胎状态的恒星，它们在可见光图像中无法被看到。
Credit: NASA/ESA and Jeff Hester (Arizona State University)
https://www.spacetelescope.org/images/opo9942a/
三叶星云很明显地由反射星云、发射星云、暗星云混合而成。这些星云的分类取决于它们是否被恒星加热到足够温度。温度足够高的星云自身发出光芒，就是发射星云。温度不够高的部分只能反射恒星发出的光，就是反射星云。没有被恒星照射到的部分，就是暗星云。其他许多此类星云也大多数具有这三种成分。
图：地面望远镜拍摄的三叶星云的全景图。哈勃拍摄的区域在图中已经被线条框出。
Credit: Jeff Hester (Arizona State University)
https://www.spacetelescope.org/images/opo9942e/
与礁湖星云及三叶星云一样位于人马座方向的天鹅星云也是一个重要的研究对象，它又被称为“欧米茄星云”，编号是M17与NGC 6618。它与地球的距离约5500光年。1999年5月29与30日，哈勃的WFPC2拍摄了天鹅星云边缘的一部分区域发生的气体风暴。2003年，天文学家将处理后的图像作为哈勃升空13周年纪念图发布。在这个跨度为3光年的区域内，有一些恒星已经形成，另外有大量恒星正在形成。
图：哈勃升空13周年纪念图：哈勃WFPC2拍摄的天鹅星云 (M17) 边缘一部分区域发生的气体风暴的可见光图像。星云中新形成的明亮恒星发出强烈的紫外线，将周围富含氢、氧、硫的气体加热并使它们发出光芒。大量的热量与巨大的压强将一些气体与尘埃推到外面的空间，形成了更热的绿色气体，仿佛面纱披在星云之上。图中绿色表示氢发出的光，红色表示硫发出的光，蓝色表示氧发出的光。Credit: European Space Agency, NASA, and J. Hesterhttps://www.spacetelescope.org/images/heic0305a/ 2002年3月，宇航员在哈勃上面安装上高级巡天照相机 (ACS) 。不久，哈勃的ACS就拍摄了一批重要的图像，其中就有天鹅星云。ACS拍摄的天鹅星云的可见光与近红外图像仿佛一幅水彩画。这幅水彩画包含的区域的边长大约是6光年，是此前WFPC2拍摄的区域的宽度的2倍，对应的面积是4倍。
图：哈勃的ACS拍摄的天鹅星云的光学与近红外图像。星云中已经形成的恒星加热了周围的气体，后者发出的各种颜色的光让这张图片像一幅迷幻一般的水彩画。Credit: NASA, H. Ford (JHU), G. Illingworth (UCSC/LO), M.Clampin (STScI), G. Hartig (STScI), the ACS Science Team, and ESAhttps://www.spacetelescope.org/images/heic0206g/ 奇怪的知识：物质发光的原理。俗话说得好：“遇事不决，量子力学。”根据量子力学，物质发光其实是电子在发光。原子外层的电子处于某个“轨道”，当电子从高轨道跳到低轨道时，就会释放出特定的能量的光。自由电子跳到原子核周围任何轨道也会发光。此外，自由电子还会以其他各种方式发光，比如在磁场中回旋而发出的“同步辐射”。猴头星云 (NGC 2174) 也位于猎户座方向，距离地球约6400光年，因为整体上像一个猴头而得名。它不是前面说的猎户座星云的一部分，因为猎户座星云与地球的距离仅1400光年左右。正因为距离遥远，猴头星云直到1877 才被法国天文学家简·斯蒂芬 (Jean Marie Edouard Stephan) 用80厘米望远镜发现。
哈勃的红外线成像能力能够使得它可以接收到一些几乎不发出可见光的星云发出的红外线辐射，比如著名的马头星云与猴头星云。2011年，哈勃的WFPC2拍摄了猴头星云的一部分区域的可见光图像与近红外（814纳米）图像。图中区域的边长接近4光年。在猴头星云的内部与边缘，刚出生不久的恒星发出的光照亮了周围的尘埃与气体。星云内部还在继续形成新的恒星。
图：哈勃的WFPC2拍下的猴头星云的一部分的可见光与近红外线图像。绿色表示氢发出的光，红色表示硫发出的光。Credit: ESA/Hubble & NASAhttps://www.spacetelescope.org/images/potw1106a/ 2014年，NASA公布了由WFC3拍摄的猴头星云的一部分区域的近红外图像，图中区域的边长接近8光年。这次，WFC3拍摄的波长分别为1050纳米、1250纳米与1600纳米，比此前的814纳米的近红外波长更长。近红外图像显现出更多明亮的恒星，这些恒星发出的可见光大部分被气体与尘埃遮挡，因此难以在可见光图像中显现，但它们发出的红外线却比较容易穿透星云的遮挡。
图：哈勃升空24周年纪念图：哈勃的WFC3拍下的猴头星云的一部分的近红外线图像。图中闪闪的白点就是刚形成不久的大质量恒星。褐色的星云中还在不断孕育新的恒星。这些新恒星发出的紫外线与星风会在几百万年的时间内将这片星云瓦解。Credit: NASA, ESA, and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA)https://www.spacetelescope.org/images/heic1406a/ 奇怪的知识：氢I与氢II。星云中包含最多的就是氢。在低温时，氢以分子形式存在，里面的氢是氢原子，即中性氢，它们被称为“氢I”。星云收缩的过程中，会释放热量，使得一些低温的氢I温度上升到大约1万摄氏度，使氢外层的电子成为自由电子，氢于是成为电离氢，被称为“氢II” (H II) 。星云中形成恒星后，恒星发出的强烈紫外线会进一步将周围的低温氢I加热为氢II。看完猴头星云后，让我们把目光投到更远的鹰星云 (M16) 。鹰星云在巨蛇座方向，距离地球约7000光年。著名的“创生之柱”就是鹰星云的一部分。
图：NGC 6611位于鹰状星云之中，靠近著名的创生之柱与塔状星云。鹰星云拥有多个恒星形成区，最著名的无疑是前面提起的“创生之柱”。哈勃曾于1995年与2015年分别用WFPC2与WFC3两次拍摄它。下图给出了两次拍摄的创生之柱的比较。经过20年的演化，创生之柱已经发生了一些微妙的变化。
图：哈勃的WFC3与哈勃的WFPC2分别于2015年与1995年拍摄的创生之柱的比较。左图的取景范围比右图的更大一些，一直延伸到柱子的基座。Credit: WFC3: NASA, ESA/Hubble and the Hubble Heritage Team；WFPC2: NASA, ESA/Hubble, STScI, J. Hester and P. Scowen https://www.spacetelescope.org/images/heic1501d/
图：哈勃于2015年拍摄的创生之柱的可见光图像（左）与近红外线图像（右）的比较。近红外线图像中可以看到更多得多的恒星。Credit: NASA, ESA/Hubble and the Hubble Heritage Teamhttps://www.spacetelescope.org/images/heic1501c/ 哈勃拍出的图中不仅呈现了“创生之柱”中黑暗的气体与尘埃构成的纤细卷须与气体云，还显示出刚形成的一些恒星。这些非常年轻的恒星发出强烈光芒，加热了周围的星云，使得星云发出各种颜色的光。恒星发出的辐射与星风不断侵蚀星云，使其一部分蒸发到太空，一部分被推挤开。在鹰状星云中，除了“创生之柱”之外，最著名的就是其中的一个高塔状的柱状星云，它由升腾的气体与尘埃构成，高达9.5光年，其中纤细的指尖状区域有我们的太阳系那么大，那些地方正在形成新的恒星。
图：哈勃的ACS于2004年拍摄的鹰状星云中的塔状星云。蓝色表示氧发出的光，红色表示氢发出的光。Credit: NASA, ESA, and The Hubble Heritage Team (STScI/AURA)https://www.spacetelescope.org/images/heic0506b/看完创生之柱所在的鹰星云，我们再来看比它更加波澜壮阔的星云：船底座星云——NGC 3372。船底座星云位于船底座方向、距离地球大约7500光年。它不仅也是最著名的恒星形成区之一，还是银河系中最大的恒星形成区，宽度达到460光年。2007年，NASA发布了一张船底座星云的图。这张图拍摄的区域的角度达到0.41度，接近满月的宽度，对应的宽度是54光年；该区域的高度大约为27光年。尽管这张图的宽度仅仅是整个船底座星云宽度的1/9，但却并非一次就拍摄出来的：由于其面积过大，哈勃的ACS需要多次扫描拍摄，然后再拼接48个区域。Cerro Tololo泛美天文台 (CTIO) 位于智利的地面望远镜也拍摄了这个区域。天文学家将哈勃与CTIO的望远镜得到的船底座星云的数据进行组合，最终得到了这张图。图中接近左侧的白色亮斑为大质量恒星“海山二”（船底座η星）。
图：哈勃升空17周年纪念图：位于船底座的船底座星云的一部分——NGC 3372。数据处理专家结合哈勃得到的数据与CTIO得到的数据后，得到了这张图。星云内部形成的大质量恒星吹出的星风吹出了一个个空腔；恒星发出的紫外线将星云加热并使其发光。图中绿色表示氢发出的光，红色表示硫发出的光，蓝色表示氧发出的光。Credit: NASA, ESA, N. Smith, and The Hubble Heritage Team (STScI/AURA)https://www.spacetelescope.org/images/heic0707a/ 2010年2月1日到2日，哈勃的WFC3拍下位于船底座星云中的“神秘山脉”，它由几个圆锥形的恒星形成柱组成，位于上图右侧中间区域（几乎倒立），边长大约为3光年。下图为它的细节放大图。图中两座“山”的山顶都分别有一对方向相反的气体柱，它们都是快要形成恒星的星云碎片喷发出来的，被统称为“HH天体灯塔”。这两个天体灯塔又被分别命名为HH901与HH902。
图：哈勃升空20周年纪念图：哈勃的WFC3拍下的船底座星云中的圆锥形的恒星形成柱的可见光图像。图中的星云如同一座山脉，星云中的大量气体与尘埃正在形成孕育大量恒星。蓝色部分表示氧气发出的光，绿色部分表示氢气与氮气发出的光，红色表示硫发出的光。Credit: NASA, ESA, M. Livio and the Hubble 20th Anniversary Team (STScI)https://www.spacetelescope.org/images/heic1007a/ 船底座星云西北角区域被编号为NGC 3324，里面有著名的“锁眼星云”与“海山二”。2006年，哈勃的ACS采集了NGC 3324里的氢发出的光；2008年，哈勃的WFPC2采集了星云中的氧与硫发出的光。天文学家将这些数据合成为下图。图中区域的角宽度的角高度分别大约为满月宽度的1/5与1/12，对应的宽度与高度分别为14光年与5.5光年。奇怪的知识：星云的快速收缩与缓慢收缩。天文学家的计算表明，星云要收缩为恒星，密度要增大一亿亿倍，因此在某个阶段，星云要经历快速的收缩。此后，星云进入缓慢收缩阶段，直到恒星形成。
图：由哈勃的ACS与WFPC2拍摄得到的NGC 3324的图的合成图。图中绿色表示氢发出的光，红色表示硫发出的光，蓝色表示氧发出的光。Credit: NASA, ESA, and The Hubble Heritage Team (STScI/AURA)https://www.spacetelescope.org/images/opo0834a/ 奇怪的知识：恒星形成星云之死。恒星形成星云孕育出的各种大小的恒星，其中一些是质量超过太阳8倍的大质量恒星。有些大质量恒星的寿命只有几百万年，然后就会爆炸，爆炸产生的强烈冲击波会将周围的星云彻底摧毁，就像狂风卷走残云。如果恒星形成星云自身的大小比较小，就会被这样的爆炸完全摧毁。因此，美丽的恒星形成星云是宇宙中的珍贵而稀有的景色。
图：哈勃的WFC3于2009年7月24日到30日之间拍摄的船底座星云中的一个恒星形成星云柱的顶端部分的紫外-可见光图像（上图）与近红外图像（下图），由铁、镁、氧、氢与硫发出的光组合而成。在内部恒星的辐射的驱动下，大量气体与尘埃从顶端流到周围空间。一些在可见光图像中无法被看到的恒星，在近红外图像中可以被看到。Credit: NASA, ESA and the Hubble SM4 ERO Teamhttps://www.spacetelescope.org/images/heic0910d/ 恒星不仅会发出强烈的紫外线，还喷发猛烈的星风，这些星风由大量高能量粒子构成。炽热的星风挤压周围的气体，一方面使星云中的恒星更快形成，另一方面吹出了星云中的空腔、重塑了星云形态。气体流在星云中沸腾翻滚，产生的浓雾围绕着星云，使得这些星云的面貌多变而壮观。南半球夜空中最显眼的两个天体系统是“大麦哲伦云”与“小麦哲伦云”，它们实际上都是星系。由于它们围绕着银河系旋转，它们都是银河系的“卫星星系”。其中，大麦哲伦云与地球的距离约为16.3万光年。在没有光污染的情况下，大麦哲伦云的视角达到10度，是满月角直径的20倍。奇怪的知识：大麦哲伦云不是星云。它们是星系，虽然被称为“云” (clouds) ，但不是“星云” (nebulae) 。大麦哲伦云是一个富含气体的星系。星系中的气体构成大量恒星形成星云。其中，狼蛛星云是大麦哲伦云中最大的、也是本星系群中最大的恒星形成星云，跨度达到650光年，在地球上看起来的视角大约是13角分，接近月亮视角的一半。如果将狼蛛星云移到距离地球1400光年的猎户座星云的位置，它发出的光将会使地球上的物体在夜晚产生影子。
图：哈勃升空22周年纪念图：大麦哲伦云中的狼蛛星云的合成图。图中区域的宽度达到650光年。哈勃的ACS与WFC3多次逐块拍摄不同的区域，然后天文学家将这些拼接，并与欧洲南方天文台的2.2米望远镜获得的数据合成，得到了这张壮观的全景图。
Credit: NASA, ESA, ESO, D. Lennon and E. Sabbi, J. Anderson, S. E. de Mink, R. van der Marel, T. Sohn, and N. Walborn, N. Bastian, L. Bedin, E. Bressert, P. Crowther, A. de Koter, C. Evans, A. Herrero, N. Langer, I. Platais and H. Sana
https://www.spacetelescope.org/images/heic1206a/
图：哈勃的ACS拍摄的狼蛛星云的一角的可见光与近红外图像。图中宽度的视角是3.36角分，是狼蛛星云视角大小的1/4。著名的超新星SN 1987A就是在狼蛛星云内部爆发的。Credit: ESA/Hubble & NASAhttps://www.spacetelescope.org/images/potw1232a/ 奇怪的知识：本星系群。银河系、仙女座星系与周围大约50个更小的星系在彼此引力的作用下构成一个团体，这就是本星系群。本星系群的大小大约为1000万光年。
图：根据哈勃的WFPC2拍摄的狼蛛星云的一角的紫外线、可见光与近红外数据合成的图像。图中宽度的视角是2.46角分，是狼蛛星云视角大小的1/5。Credit: ESA/Hubble & NASAhttps://www.spacetelescope.org/images/potw1441a/狼蛛星云以南还有一个非常著名的恒星形成星云——LHA 120-N 159，简称N159，它的直径超过150光年。N159中已经形成大量恒星，它们发出的强烈的紫外线加热了星云，使其发出光。发光的明亮星云与不发光的黑暗星云混杂在一起。恒星发出的强烈的星风将周围的星云吹出山岭状与丝絮状的结构。N159星云中有一个蝴蝶状星云，又像是“蝶耳犬”的耳朵，因此被称为“蝶耳犬星云”，它与大质量恒星的形成有强烈的关联。
图：哈勃的ACS拍摄的恒星形成星云N159的可见光与近红外线图像。图中的星云处于狂乱的风暴之中。此前WFPC2也曾拍摄过它。Credit: ESA/Hubble & NASAhttps://www.spacetelescope.org/images/potw1636a/ 奇怪的知识：大质量恒星爆炸的正面作用。尽管大质量恒星爆炸会摧毁自身附近的星云，但对于足够远的星云，它们仅产生适当的挤压作用，这样的挤压作用会促进星云内部恒星的形成。星云之间的碰撞也会造成挤压、促进恒星形成。2008年8月10日，在哈勃绕地球第10万圈时，它上面的WFPC2拍摄了大麦哲伦云星系中的一个恒星形成星云的一小块区域。这个区域接近狼蛛星云。
图：哈勃绕地球10万圈时拍摄的星团NGC 2074与其附近的星云。NGC 2074位于图中左上方。这个区域中的气体正在快速形成新的恒星。附近的恒星的紫外线加热了星云中的气体，使其发出各种颜色的光。其中，红色为硫发出的光，绿色为氢发出的光，蓝色为氧发出的光。Credit: NASA, ESA and M. Livio (STScI)https://www.spacetelescope.org/images/heic0816a/ 下图是CTIO位于智利的望远镜拍摄的这片巨大的恒星形成区的图像，哈勃绕地10万圈时拍摄的那片区域在其中的位置也已被标注出来。
图：CTIO的Curtis望远镜拍摄的大麦哲伦云中的恒星形成区，哈勃拍摄的NGC 2074及其附近的恒星形成星云只是图中一个很小的部分，在图中被用红色线条围住。Credit:UM/CTIO MCELS Project/NOAO/AURA/NSFhttps://www.spacetelescope.org/images/heic0816b/ 银河系内的恒星形成星云都位于银河系的盘面——没错，我们的银河系看上去像一个扁盘。我们的太阳位于盘面边缘位置，不仅不是宇宙中心，连银河系中心都不是。银河系盘中的星云发出的光像我们这边传播过来时，长长会被遮挡住，因此我们能够看到的星云并不多，很多都在1万光年以内的距离。大麦哲伦云与小麦哲伦云不受银盘面内物质的遮挡，我们可以看到其中的众多恒星形成星云。对于一些比大麦哲伦云更远但又不是非常远的星系，哈勃可以分解出其中的恒星形成星云中的恒星。比如位于星系三角座星系 (M33) 之中的NGC 604。NGC 604与地球的距离达到270万光年。哈勃强大的分辨率使得它可以分辨如此遥远的星云中的众多恒星。NGC 604的直径达到1500光年，哈勃的WFPC2于1996年拍摄过它的全景图。
图：哈勃的WFPC2拍摄的星云NGC 604的全景图。在这个星云的核心区域，已经产生了数百颗恒星。Credit: Hui Yang (University of Illinois) and NASA/ESAhttps://www.spacetelescope.org/images/opo9627c/ 对于更远的星系中的星云，哈勃以及其他一些性能优越的望远镜也可以分辨出它们。在哈勃拍摄的众多星系中，发出点点红光的区域，大多数是恒星形成星云以及其中的恒星。这些星系的图我们会在这个系列的后面几篇给出，此处我们可以先看看其中的一个例子——NGC 4700。
图：哈勃拍摄的棒旋星系NGC 4700的图像。它位于室女座方向，距离地球大约5000万光年。图中粉红色区域表示恒星形成区域，其中已经形成大量恒星并正在形成大量恒星。新形成的恒星发出强烈的紫外线，将周围的氢气加热，使其发出红色光芒。 Credit: ESA/Hubble & NASAhttps://www.spacetelescope.org/images/potw1230a/ 奇怪的知识：为何哈勃拍出的一些恒星形成星云的图的颜色与其他望远镜拍出的颜色不同？恒星形成星云中的大部分气体是氢，氢被紫外线加热后发出的光是红色的。处理哈勃数据的天文学家有时候用绿色或蓝色表示星云中的氢发出的光；而在自然拍摄的图中，这些氢发出的光依然被表示为红色。其他元素发出的颜色的染色的差异类似。因此，哈勃拍出的一些星云图的颜色与实际颜色不同，也就与另外一些望远镜拍摄的图不同。
文章作者王善钦，2018年于南京大学获得天文学博士学位，2016年至2018年访问加州大学伯克利分校天文系。主要研究超新星、千新星等爆发现象，至今为止在ApJ, MNRAS上发表22篇科研论文。业余也研究天文学史与物理学史。
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