貓眼星云(Cat's Eye Nebula, NGC 6543)為一行星狀星云，位于天龍座。這個(gè)星云特別的地方，在于其結(jié)構(gòu)幾乎是所有有記錄的星云當(dāng)中最為復(fù)雜的一個(gè)。從哈勃太空望遠(yuǎn)鏡拍得的圖像顯示，貓眼星云擁有繩結(jié)、噴柱、弧形等各種形狀的結(jié)構(gòu)。這個(gè)星云于1786年2月15日由威廉·赫歇爾(William Herschel)首先發(fā)現(xiàn)。至1864年，英國(guó)業(yè)余天文學(xué)家威廉·赫金斯(William Huggins)為貓眼星云作了光譜分析，也是首次將光譜分析技術(shù)用于星云上?，F(xiàn)代的研究揭開不少有關(guān)貓眼星云的謎團(tuán)，有人認(rèn)為星云結(jié)構(gòu)之所以復(fù)雜，是來(lái)自其連星系統(tǒng)中主星的噴發(fā)物質(zhì)，但至今尚未有證據(jù)指其中心恒星擁有伴星。另外，兩個(gè)有關(guān)星云化學(xué)物質(zhì)量度的結(jié)果出現(xiàn)重大差異，其原因目前仍不明。

 一般資料

這個(gè)星云是最被廣為研究的星云之一，它的視星等為+8.1，擁有高表面光度。其赤經(jīng)及赤緯分別為17h 58.6m及+66°38'，其高赤緯度代表北半球的觀測(cè)者可較易看到。不少大型望遠(yuǎn)鏡均座落于北半球地區(qū)范圍，由于該星云處于接近正北黃極點(diǎn)的位置，在良好天氣的情況下，只要在黃極點(diǎn)附近尋找，應(yīng)該不難找到。

直徑方面，較亮的內(nèi)星云部分直徑約為20角秒，其擴(kuò)張星云暈物質(zhì)直徑約為386角秒(6.4角分)。它的星云暈物質(zhì)是原有恒星演化為紅巨星階段時(shí)噴出的。

根據(jù)觀測(cè)結(jié)果，星云主體的密度約為每立方厘米有5,000顆粒子，溫度約為8,000 K1，外層星云暈的溫度更高，達(dá)15,000 K，而密度方面則比內(nèi)部更低。

星云中央擁有一顆O型恒星，其溫度約為80,000 K，光度約為太陽(yáng)的10,000倍，半徑為太陽(yáng)的0.65倍。據(jù)光譜學(xué)分析，由于受恒星風(fēng)的影響，中央恒星的質(zhì)量正以每秒20兆噸的速度不斷流失，相等于每年3.2×10−7太陽(yáng)質(zhì)量，恒星風(fēng)的風(fēng)力時(shí)速為每秒1,900公里。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，中央恒星的質(zhì)量與太陽(yáng)差不多，約為一個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量，演化前的恒星質(zhì)量估計(jì)約為太陽(yáng)的五倍。

該星云于1786年2月15日由威廉·赫歇爾(William Herschel)首先發(fā)現(xiàn)，同時(shí)是首個(gè)以光譜儀進(jìn)行觀測(cè)的行星狀星云，于1864年由威廉·赫金斯進(jìn)行，他觀測(cè)到星云氣體極為稀薄。除此以外，人們還以電磁波譜對(duì)之進(jìn)行觀測(cè)。

紅外線觀測(cè)

貓眼星云釋出的紅外線給人們進(jìn)一步觀測(cè)，其分析結(jié)果證實(shí)它存在低溫星際塵埃，人們相信這些塵埃是在恒星演化末期階段形成的，塵埃吸收恒星光線，并以紅外線釋出，光譜顯示這些塵埃的溫度約為70 K。

除了低溫塵埃之外，星云釋出的紅外線也使人們發(fā)現(xiàn)它存在非離子物質(zhì)，包括氫分子(H2)。一般行星狀星云也存在非離子物質(zhì)，但不少均在恒星遠(yuǎn)處方能找到。而貓眼星云則不然，它的非離子物質(zhì)存在于外暈的內(nèi)層邊緣，且能發(fā)出光線，這可能是因沖擊波把氫分子刺激，使它們以不同的速度互相撞擊。

可見光及紫外線觀測(cè)

人們也對(duì)星云釋出的可見光及紫外線作觀測(cè)，并以光譜分析為數(shù)較多的個(gè)別波長(zhǎng)光線，這些光線讓人知道貓眼星云的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。

本文所用的彩色哈勃望遠(yuǎn)鏡圖像均配上假色，色彩分布按區(qū)域的離子數(shù)量多少來(lái)區(qū)別，濾波器波長(zhǎng)為單離子氫的656.3 nm、單離子氮的658.4 nm及雙離子氧的500.7 nm。雖然星云的真正色彩為紅及錄色，但圖像配上紅藍(lán)綠三色去區(qū)別，當(dāng)中星云邊綠兩端均為離子較少的物質(zhì)。

X射線觀測(cè)

人們近年也開始以量度星云釋出的X射線波長(zhǎng)去觀測(cè)，據(jù)昌德拉X射線望遠(yuǎn)鏡(Chandra X-ray Observatory)的觀測(cè)結(jié)果，貓眼星云存在溫度極高的氣體，本文頂部的圖片便是結(jié)合了哈勃望遠(yuǎn)鏡的可見光圖像及昌德拉望遠(yuǎn)鏡的X射線圖像。人們認(rèn)為這些熾熱氣體是透過(guò)星云釋出物質(zhì)受到恒星風(fēng)的激烈吹襲，同時(shí)也使星云內(nèi)層泡沫狀物質(zhì)的一部分給恒星風(fēng)挖走。

此外，昌德拉望遠(yuǎn)鏡也在星云中心恒星的位置，找到一個(gè)X射線的源頭點(diǎn)。由于人們預(yù)期這顆恒星不會(huì)釋出強(qiáng)大的X射線，因此難以解釋這個(gè)放出X射線的源頭點(diǎn)，其中一個(gè)說(shuō)法是連星系統(tǒng)存在的高溫恒星物質(zhì)吸積盤，因而產(chǎn)生X射線。

與地球距離

要準(zhǔn)確量度行星狀星云與地球距離是天文學(xué)之中存在多時(shí)的難題之一，人們通常是以假設(shè)去估計(jì)，其結(jié)果可以很不準(zhǔn)確。

近代的哈勃望遠(yuǎn)鏡使人們能以新方法去測(cè)定距離，由于任何行星狀星云的大小均正在膨張，因此在相距多年的時(shí)間，以高角距解像度的望遠(yuǎn)鏡，可透過(guò)角距的改變看到星云的增大。事實(shí)上，星云的膨脹速度并不明顯，每年僅增長(zhǎng)數(shù)角秒或以下，透過(guò)光譜觀測(cè)及多普勒效應(yīng)，可計(jì)算星云的膨脹速度及其與地球的距離。

據(jù)哈勃望遠(yuǎn)鏡多年來(lái)的觀測(cè)結(jié)果，貓眼星云以每年10角毫秒的速度膨脹，在速度上則為每秒16.4公里，把這些結(jié)果以正弦計(jì)算，可得出貓眼星云距離地球大約1,000秒差(3×1019 m)。

星云年齡

角距膨脹除了可計(jì)算距離外，也可推斷星云的年齡。假設(shè)星云膨脹速率不變，現(xiàn)時(shí)的角距為20角秒，每年增長(zhǎng)速度為10角毫秒，將之相除可得到該星云大約于1,000年前出現(xiàn)。由于星云釋出物質(zhì)的速度會(huì)因遇到上代恒星殘余物質(zhì)或星際物質(zhì)而減慢，因此上述估計(jì)數(shù)字或會(huì)是星云的年齡上限。

物質(zhì)構(gòu)成

與不少天體一樣，貓眼星云的物質(zhì)主要為氫和氦，并擁有少量重元素。這些元素可以光譜分析去量度其存在比例，由于氫是最豐富的元素，因此其他重元素的比例均會(huì)以相對(duì)于氫的數(shù)值去表示。

由于望遠(yuǎn)鏡使用的攝譜儀不會(huì)收集來(lái)自觀測(cè)目標(biāo)的所有光線，也不會(huì)使用細(xì)小光圈去聚集物體光線，因此多個(gè)有關(guān)星云化學(xué)元素比例的研究結(jié)果均會(huì)有出入，每個(gè)不同的結(jié)果可代表星云的某一部分。

在多個(gè)計(jì)算結(jié)果當(dāng)中，人們普遍相信它的氦元素比例約為氫的0.12倍，碳和氮的比例均為氫的3×10−4倍，氧的比例約為氫的7×10−4倍。受到核合成的影響，重元素得以在恒星爆發(fā)成行星狀星云以前，于恒星外層大氣聚集，使之與不少行星狀星云一樣，碳、氮和氧元素均為除氫以外，所占比重較多的元素，比太陽(yáng)的相同重元素要多。

在對(duì)貓眼星云進(jìn)行更深入觀測(cè)所得結(jié)果當(dāng)中，或已顯示星云的一小部分物質(zhì)擁有豐富的重元素，這點(diǎn)會(huì)在以下段落詳述。

星云運(yùn)動(dòng)及形態(tài)

貓眼星云擁有極為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，人們至今仍未完全明白其形態(tài)的形成機(jī)制。

星云的光亮部分主要是中央恒星釋出的恒星風(fēng)及星云形成時(shí)射出的物質(zhì)相碰撞而成的，兩者間的撞擊產(chǎn)生上述的X射線，恒星風(fēng)也使星云內(nèi)層泡沫狀物質(zhì)的一部分給挖走，這個(gè)情況在內(nèi)層兩端均有發(fā)生。

人們也懷疑星云的中央恒星為一連星系統(tǒng)，一顆恒星吸取另一顆恒星物質(zhì)的過(guò)程形成一吸積盤，并在物質(zhì)受方恒星兩極射出噴流，這些噴流又與先前射出的物質(zhì)碰撞。由于天體進(jìn)動(dòng)(歲差)的關(guān)系，恒星的兩極噴流方向會(huì)隨時(shí)間而改變。

人們?cè)趦?nèi)星云光亮部分的外部，找到不少同中心的環(huán)狀物體，他們認(rèn)為可能在恒星演變?cè)谛行菭钚窃魄埃诤樟_圖中的漸進(jìn)巨星分支(asymptotic giant branch)階段便已出現(xiàn)。這些環(huán)狀物體的半徑具規(guī)則性，每?jī)蓚€(gè)環(huán)之間的半徑差均相若，因此人們指出這些環(huán)的形成機(jī)制為于特定時(shí)間，并以差不多相同的發(fā)射速度進(jìn)行。

再者，一大型暗暈膨脹至恒星遠(yuǎn)處，于星云形成前便已出現(xiàn)。

現(xiàn)時(shí)謎題

人們縱使已作出深入研究，但至今仍有不少謎題有待解決。星云外層多個(gè)相同中心的環(huán)狀物體的時(shí)間差距可能為數(shù)百年，現(xiàn)時(shí)仍難以解釋。導(dǎo)致星云形成的熱脈可能每隔數(shù)萬(wàn)年會(huì)發(fā)生一次，而較小的表面脈沖則每隔數(shù)年至數(shù)十年一次，星云會(huì)定時(shí)釋出同中心環(huán)狀物體的機(jī)制至今尚未有定論。

星云的光譜呈連續(xù)重疊的發(fā)射線狀，這些發(fā)射線可能來(lái)自星云中離子之間發(fā)生的碰撞激發(fā)，或是離子再度與電子結(jié)合而形成的，當(dāng)中因碰撞激發(fā)產(chǎn)生的發(fā)射線比電子融合的更強(qiáng)，因此成為多年來(lái)人們量度兩者比例的方法。但近期研究結(jié)果指，在星云的光譜圖中，離子與電子結(jié)合的發(fā)射線數(shù)量約為碰撞激發(fā)發(fā)射線的三倍1，其原因至今尚在爭(zhēng)論中，有說(shuō)法指是因?yàn)榇嬖谝恍┖S富重元素的物質(zhì)，或是星云溫度的波動(dòng)。