在太陽附近大約每4~5個(ge) 光年才會(hui) 碰到另外一顆恒星，所以恒星和恒星之間的距離比它們(men) 的直徑要大很多，在這個(ge) 星際空間裏麵是不是還有其他的物質呢？

星際物質，分布在星際空間的物質

以前人們(men) 認為(wei) 星際空間裏麵是沒有什麽(me) 物質的，但是這個(ge) 觀點從(cong) 銀河係的銀道麵圖像裏麵可以看到是錯誤的，實際上星際空間裏麵充滿了各種各樣的物質，雖然它們(men) 的密度是非常低的，圖像裏最顯著的是那些黑色不規則的區域，這是由分子和塵埃構成的致密氣體(ti) ，恒星以及它周圍所照亮的氣體(ti) 雲(yun) ，因此氣體(ti) 是星係的一個(ge) 組成成分，統稱為(wei) “星際物質”。

星際物質，就是分布在星際空間的物質，但是它並不僅(jin) 僅(jin) 包括物質，還包括了星際氣體(ti) 、塵埃、宇宙線以及星際磁場。星際物質在整個(ge) 銀河係裏麵所占有的質量比重是不高的，大約是恒星質量的10%，但是它所占有的體(ti) 積遠遠地超過恒星，在星際物質裏氣體(ti) 大約占99%，而塵埃是占1%。根據對星際物質的觀測研究發現，它們(men) 主要分布在銀道麵附近1000光年內(nei) 的範圍裏。

星際氣體

主要是由氫元素構成的，根據氫元素所處的環境不同，氫的組成方式也是不一樣的，既有原子形式的氫，也有離子形式的氫和分子形式的氫，並且它們(men) 在空間的分布是很不均勻的。

圖解：紅色的氫原子，綠色的氫分子，灰色的熱氣體(ti)

氫的原子狀態主要是在幾條旋臂狀的結構裏麵，它們(men) 分布在銀河係的旋臂上，而氫的分子既有在旋臂上分布，也有在銀河係中心，熱氣體(ti) 分布在整個(ge) 銀河係裏，不同形式的氫，它們(men) 的粒子數密度差別很大，有些相對來講是非常致密的，有些是非常稀疏的，所以密度低的可以到10的-2次方個(ge) 每立方厘米，高的可以達到10的6次方格每立方厘米。

不同類型氫的表現方式

• 氫離子

氫離子的存在意味著氫原子裏的電子已經電離了，逃脫了原子核的束縛，之所以電子能夠離開原子核，是因為(wei) 它所處的溫度比較高，或者它受到了外界的影響，最主要的原因是在原先中性氫的氣體(ti) 裏或者在它的附近有年輕的大質量恒星，這些恒星通常是高溫的，所以它們(men) 所產(chan) 生的輻射攜帶的能量是非常高的，一般是在紫外波段。

圖解：紅色——代表電離氫的輻射，氫之所以會(hui) 產(chan) 生輻射，主要的原因是來自於(yu) 中心的年輕星團——NGC 2244

• 氫原子

如果在氣體(ti) 的周圍或者內(nei) 部沒有高溫的恒星，這個(ge) 時候氫就處於(yu) 原子的狀態，而處於(yu) 原子狀態的氫，同樣可以通過不同的手段來發現和研究它們(men) ，主要的方式有兩(liang) 種：

1.對恒星光譜的星際吸收。

2.自發躍遷產(chan) 生21厘米電譜線。

第1種稱為(wei) “星際的吸收線”，在星際空間裏麵充滿了星際的氣體(ti) ，所以去觀測一個(ge) 遙遠的天體(ti) ，比如恒星的輻射在到達我們(men) 望遠鏡的時候，輻射必定要穿越過不同距離上的氣體(ti) 雲(yun) ，每一個(ge) 氣體(ti) 雲(yun) 都可能會(hui) 對恒星原來輻射出來的光子產(chan) 生吸收和散射，這樣在恒星的光譜上就會(hui) 出現不同的吸收線，所以去觀測一顆恒星的光譜，它的吸收線既有來自於(yu) 恒星大氣的吸收，也有來自於(yu) 星際氣體(ti) 的吸收，這兩(liang) 類吸收在性質上會(hui) 有很大的差別。比如星際吸收線是非常尖銳的並且不會(hui) 發生譜線的變化，但是星際空間裏的氣體(ti) 就沒有這樣的特征，這是研究星際氣體(ti) 的一種方式。

圖解：恒星光譜

第2種是利用氫原子的躍遷過程，這種躍遷稱為(wei) “星際結構的變化”，一個(ge) 氫原子是由一個(ge) 質子和一個(ge) 電子來組成的，電子在圍繞質子做軌道運動，同時電子還在自旋，自旋的方向和它的軌道運動方向可以是平行的，也可以是反平行的，這兩(liang) 種狀態所對應的能級是不一樣的。平行的狀態比反平行的狀態，能級要高一些，所以一個(ge) 原子它可能會(hui) 從(cong) 平行的狀態躍遷到反平行的狀態會(hui) 釋放一個(ge) 光子，當然反過來的過程也會(hui) 發生，那麽(me) 就會(hui) 吸收一個(ge) 光子，這個(ge) 光子的能量和兩(liang) 個(ge) 狀態的能級差是完全相等的，所對應的波長是21厘米射電波段，所以可以通過21厘米譜線的觀測去研究中性的氫原子的性質。

圖解：狀態躍遷

• 氫分子

如果環境的溫度特別低，這個(ge) 時候氫原子就會(hui) 結合形成分子，對應的溫度通常要比20K還要更低一些，對於(yu) 分子狀態的氫如果要產(chan) 生輻射，主要是通過轉動的變化，也就是所謂的“轉動躍遷”，這個(ge) 時候產(chan) 生的輻射也落在了射電波段，但是由於(yu) 氫分子本身是一個(ge) 軸對稱的，所以沒有轉動躍遷所產(chan) 生的射電輻射，隻有借助於(yu) 其他的分子，比如一氧化碳分子，我們(men) 把這類分子叫做“適中分子”，而它的含義(yi) 是一氧化碳分子往往與(yu) 氫分子出現在同一個(ge) 地區，並且兩(liang) 者之間的質量比例關(guan) 係是一致的，所以測量到了一氧化碳分子就可以大體(ti) 地推測在那個(ge) 地區會(hui) 有多少的氫分子。

利用一氧化碳分子的譜線觀測可以得到分子氣體(ti) 雲(yun) 的分布，同樣分子氣體(ti) 雲(yun) 的分布也是不均勻的，有些區域是非常密的，有些區域相對來講比較稀疏，把密集的區域稱為(wei) “分子雲(yun) ”，除了氫之外，通過分子譜線的觀測還發現了很多宇宙空間裏的分子，既有無機的分子，也有有機的分子。

塵埃

塵埃雖然在星際物質裏占有1%的質啊，但是它的作用卻非常大，原子要結合變成分子所需要的媒介就是塵埃的顆粒，所以塵埃往往和分子是結合在一起的。

研究塵埃也是通過它對於(yu) 外界的輻射影響和它自身的輻射兩(liang) 方麵來入手的，下麵的兩(liang) 張圖就展示了“蛇夫星雲(yun) ”這個(ge) 天區光學波段和紅外波段的觀測圖像，光學波段看到中心出現了一個(ge) 形狀不規則的黑色區域，這個(ge) 區域並不是真的沒有恒星，而是在它的前方有一個(ge) 氣體(ti) 雲(yun) ，這個(ge) 氣體(ti) 雲(yun) 裏麵包含了大量的塵埃，塵埃物質吸收阻擋了背後恒星的輻射，所以沒法看到背後恒星的輻射，但是塵埃受到恒星星光的照射之後，它們(men) 自身的溫度會(hui) 升高，所以會(hui) 產(chan) 生“再輻射”，這個(ge) “再輻射”並不是在光學波段，而是在紅外波段，所以用紅外望遠鏡去觀測同樣天區，就會(hui) 看到來自於(yu) 這一片區域的塵埃顆粒所產(chan) 生的輻射。

重點回顧

• 星際物質

-分布在星際空間的物質。

-其中還包括星際氣體(ti) 、塵埃、宇宙線與(yu) 星際磁場。

-質量約為(wei) 銀河係恒星恒星質量的10%，其中氣體(ti) 占99%，塵埃占1%。

-分布在銀道麵附近1000光年內(nei) 的範圍裏。

• 星際氣體

-主要由氫構成，包括氫原子、氫離子和氫分子。

-空間分布很不均勻，且密度低。

• 不同類型氫的表現方式

-氫離子——中性氫氣體(ti) 被附近高溫恒星的紫外輻射電離。

-氫原子——對恒星光譜的星際吸收，自發躍遷產(chan) 生21厘米射電譜線。

氫分子——星際分子的形成需要很低的溫度，分子的轉動躍遷可以產(chan) 生射電或吸收，雖然氫分子沒有射電輻射/吸收，但通常與(yu) 一氧化碳等分子的質量比例關(guan) 係是一致的，可以利用一氧化碳的輻射研究氫分子的分布，觀測發現星際分子往往聚集成團形成分子雲(yun) 。

• 塵埃

-對星光的吸收和散射。

-受到加熱後產(chan) 生紅外熱輻射

黃媂/作品


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