행성상 성운(行星狀 星雲, 영어: planetary nebula)은 발광성운의 일종으로, 늙은 적색거성의 외피층이 팽창하여 형성된 전리 기체들로 이루어진 천체이다. "행성상 성운"이라는 용어는 1780년대에 윌리엄 허셜이 고안한 것으로, 초기 망원경으로 관측했을 때 이 천체들이 행성처럼 원반 모양으로 보였기 때문에 붙여진 이름이다. 그러나 실제로 행성상 성운은 행성과는 아무 관련이 없는, 항성 진화의 최종 단계에서 나타나는 현상이다.
행성상 성운의 형성 과정은 다음과 같다. 태양 질량의 약 0.8배에서 약 10~11배 사이의 중간 질량 및 작은 질량 별이 수명을 다해 적색거성 단계에 이르면, 강력한 항성풍에 의해 별의 외피층이 우주 공간으로 방출된다. 외피층이 충분히 방출된 후 노출된 뜨겁고 밝은 항성핵(중심별)이 자외선을 내뿜어 팽창한 외피층의 기체를 전리시키며, 이때 기체가 알록달록한 빛을 내며 발광하게 된다. 이 중심별은 이후 백색왜성이 되고, 행성상 성운의 단계는 수명을 다하게 된다.
행성상 성운의 수명은 약 1만 년 정도로 추정된다. 이는 별의 전체 수명(수천만 년에서 수십억 년)에 비하면 극히 짧은 기간이다. 전형적인 행성상 성운의 크기는 약 1광년 정도이며, 극도로 희박한 기체로 이루어져 있다. 성운 내부의 온도는 중심별의 복사에 의해 약 10,000K까지 가열되며, 중심부는 더 높은 온도에 달할 수 있다.
행성상 성운은 은하의 화학적 진화에 중요한 역할을 한다. 항성 내부의 핵합성 과정에서 생성된 탄소, 질소, 산소, 네온 등의 원소를 성간 매질로 돌려보냄으로써, 이후 세대의 별들이 더 높은 금속 함량을 가지게 하는 데 기여한다. 또한 행성상 성운은 외부 은하에서도 발견된 바 있으며, 외부 은하의 화학적 성분비에 대한 정보를 제공하는 데 유용하게 활용된다.
현재까지 우리 은하 내에서 약 3,000개가량의 행성상 성운이 발견되었다. 대표적인 사례로는 여우자리의 아령 성운(M27), 고리 성운(M57), 고양이 눈 성운(NGC 6543), 나선 성운(NGC 7293) 등이 있다. 이 중 최초로 발견된 행성상 성운은 1764년 샤를 메시에가 발견한 아령 성운으로, 메시에 천체 목록에 M27로 등재되었다.
행성상 성운의 형태는 매우 다양하다. 허블 우주 망원경을 이용한 관측 결과, 행성상 성운 중 약 20%만이 구형에 가까운 대칭 형태를 가지며, 절대 다수는 비대칭적이고 복잡한 구조를 가진 것으로 밝혀졌다. 이러한 다양한 형태를 만들어내는 정확한 기작은 아직 완전히 규명되지 않았으나, 중심별이 쌍성인 경우, 항성풍과 자기장의 상호작용, 주변 물질의 밀도 차이 등이 원인 후보로 제시되고 있다.
행성상 성운의 정체가 분광 관측을 통해 밝혀진 것은 19세기 중반의 일이다. 1864년 윌리엄 허긴스가 고양이 눈 성운의 스펙트럼을 관측하여 항성이나 은하와는 다른 밝은 방출선만으로 이루어진 스펙트럼을 얻었다. 이후 1920년대에 이르러 이 방출선들이 극도로 낮은 밀도의 기체에서만 발생하는 금지선임이 밝혀졌으며, 이를 통해 행성상 성운이 극도로 희박한 기체로 이루어져 있다는 사실이 확인되었다.
