Планетарные туманности возникают на финальных стадиях эволюции звезд с массой менее примерно 10 солнечных. Звезда асимптотической ветви гигантов сбрасывает оболочку. В центре остается горячее ядро, которое своим ультрафиолетовым излучением поддерживает вещество туманности в ионизованном состоянии. Впоследствии ядро планетарной туманности станет белым карликом.
В нашей Галактике имеется до 10 000 планетарных туманностей. Типичное время жизни (от сброса оболочки до состояния, когда вещество рекомбинирует становится нейтральным) порядка 10 000 лет. Т.о., в Галактике образуется примерно одна планетарная туманность в год.
Планетарные туманности имеют типичный размер (диаметр) немногим менее одного парсека. Соответственно, туманность имеет угловой размер, равный лунному диску, с расстояния около 100 парсек. Масса вещества туманности составляет примерно несколько десятых массы Солнца.
В первом приближении можно ожидать, что планетарная туманность будет иметь сферическую (как у туманности Кольцо в созвездии Лиры, М57 в каталоге Мессье) или слегка вытянутую форму. Однако существуют процессы, которые могут заметно разнообразить форму туманности.
Основные крупномасштабные структуры планетарных туманностей имею центральную, осевую или зеркальную симметрию. К основным элементам можно отнести струйные выбросы (направление которых может меняться, что в частности, приводит к появлению спиралевидных структур), диски и кольцеобразные структуры в плоскости орбиты двойной системы, а также кольцевые фигуры большого масштаба. Разные фигуры могут накладываться друг на друга. Их пересечение также может сопровождаться появлением необычных форм
Возникновение кольцеобразных структур с размером порядка размера всей туманности связано с изменением темпа истечения вещества от центральной звезды. Такая переменность может влиять и на вид других образований в туманности.
Важным фактором формирования сложной структуры туманности может являться двойственность звезды. Движение звезды, сбрасывающей оболочку, вокруг центра масс системы может приводить к возникновению биполярных и спиралевидных структур сложной формы.
Взаимодействие звезд в системе с общей оболочкой может приводить к формированию дискообразной (кольцеобразной) структуры вокруг всей системы. Эта структура, имеющая бОльшую плотность, чем окружающее вещество, не только может быть видна сама по себе, но также будет влиять на форму туманности в дальнейшем, поскольку ветер, истекающий от звезды, будет с большей легкостью продвигаться в направлении, перпендикулярном диску, а вблизи плоскости диска движение будет затруднено. Так могут формироваться биполярные (в том числе конусовидные) структуры.
Если вторым компонентом двойной является белый карлик, то перетекание вещества на него может приводить к формированию аккреционного диска. Такая система может приводить к появлению струйных выбросов (джетов), бьющих в противоположных направлениях перпендикулярно плоскости диска.
Из-за прецессии направление выбросов может меняться (см. видео здесь). Кроме того, может меняться темп перетекания вещества на белый карлик, что будет приводить к включению/выключению мощных выбросов.
Диски сами могут являться источником ветра, что формирует туманности необычного вида (см. компьютерное моделирование на сайте). Поскольку диск двумерное образование (возможно, слегка изогнутое), то и истечение от диска имеет соответствующую симметрию, в отличие от истечений от центральной звезды.
Движение звезды, формирующей туманность, относительно межзвездной среды может дополнительно влиять на форму за счет взаимодействия со встречным потоком вещества.
Планетарные туманности могут возникать в звездных скоплениях, в том числе достаточно плотных. Известны планетарные туманности в шаровых скоплениях, где звезды могут быть расположены очень близко друг от друга.
Формирование структур планетарных туманностей в тройных системах было рассмотрено в работе Soker (2004). В частности, важным фактором является аккреция вещества и образование выбросов тесной двойной системой, вращающейся вокруг теряющего вещество гиганта. Это может приводить к деталям в туманности, не демонстрирующим ярко выраженной симметрии (NGC 6210, NGC 1514).
Наблюдаемые в видимом диапазоне цвета туманностей обычно обусловлены эмиссионными линиями определенных химических элементов (водород, кислород, сера, азот, гелий), а также рассеиванием света пылью. Эти вещества в обилии встречаются в естественных условиях. Так за оттенки красного обычно ответственен водород, за зеленый кислород.
Некоторая информация о цветах туманностей доступна на сайте clarkvision.com.
Отметим, что вид туманности различен в разных областях спектра. В частности, инфракрасные наблюдения показывают наличие сложным по форме структур, связанных с наличием пыли. Подчеркнем, что яркий вид некоторых туманностей на снимках связан с дополнительным усиление контраста при обработке. Т.е., глазом была бы видна более блеклая картина. Кроме того, часто можно увидеть композитные изображения, собранные из снимков в разных участках спектра, на которых невидимое глазом излучение обозначено условными цветами.
Каталоги диффузных туманностей (куда также попадает несколько туманностей других типов, например, остатков сверхновых) можно найти по этим ссылкам:
http://galaxymap.org/cat/list/rcw/1,
http://galaxymap.org/cat/list/gum/1,
http://galaxymap.org/cat/list/sharpless/1.