星际物质（terstelr diu, is）——宇宙的“原材料工厂”

1 基本概念

星际物质（is）是填充恒星之间空间的气体、尘埃、等离子体和宇宙射线的混合物，是恒星、行星和生命诞生的“原材料库”。

关键数据：

2 组成成分

成分 占比 特性

电离气体（h2） 少量 高温等离子体（如恒星周围）

宇宙射线 微量 高能粒子（接近光速）

原子气体：

1 基本特性

原子气体是未电离、未结合成分子的单一原子状态物质，主要成分是氢（h）和氦（he），占星际物质总量的约70。

主要成分：

痕量金属：如碳（c）、氧（o）、硅（si）等（丰度＜01）

物理状态：

分子气体：

1 基本特性

分子气体是星际物质中由分子（主要是h?）组成的冷致密区域，占星际物质总质量的~28，是恒星形成的直接原料。

主要成分：

示踪分子：（最常用）、h?o、nh?、h等（已探测到200+种）

物理参数：

温度：10-50 k（接近宇宙背景辐射温度）

质量：单个分子云可达10?-10? ☉（太阳质量）

分子云的类型与结构

（1）巨分子云（gc）

尺度：50-300光年

寿命：约3000万年

典型代表：猎户座分子云（距离1344光年）

（2）暗分子云（bok globule）

星际尘埃：

1 基本特性

星际尘埃是星际物质中固态微小颗粒（001-1 μ），仅占is质量的1，却对宇宙演化有超乎比例的影响。

成分：

硅酸盐（gsio?、g?sio?）——类似地球沙粒

碳质颗粒（石墨、无定形碳、多环芳烃pahs）

冰包层（h?o、、ch?oh，存在于冷分子云中）

物理参数：

温度：10-100 k（冷尘埃）至数百k（恒星附近）

密度：每立方千米仅含几粒（但遮挡能力极强）

2星际尘埃的三大核心作用

（1）光的操控者

消光（extction）：

偏振（porization）：

（2）分子形成的催化剂

表面反应：

冰层中合成复杂有机分子（如甲醇、甲醛）

（3）恒星与行星的种子

原行星盘的基础：

电离气体：

1 基本特性

物理参数：

温度：5,000-20,000 k（比分子云高1000倍）

化学组成：

氦离子（he?）、二次电离元素（o??、n?）

自由电子（维持电中性）

2 h2区的形成与结构

（1）电离前沿（ionization front）

（2）典型结构

graph lr

斯特龙根半径公式：

3 观测特征与诊断工具

（1）发射线光谱

巴尔末线系：hα（6563 n，红色）、hβ（4861 n，蓝绿）

电子温度测定：

（2）形态分类

类型 特征 案例

球状h2区 单恒星电离（如猎户座大星云） 42

行星状星云 垂死恒星抛射壳层 猫眼星云（ngc 6543）

超壳层 多颗超新星共同电离 船底座gsh 287+04-17

4 动力学过程

膨胀与演化：

年轻h2区因高温膨胀（速度10-30 k/s）

最终被星际压力限制或消散（寿命约100万年）

触发恒星形成：

宇宙射线：

1 基本特性

宇宙射线是以接近光速运动的带电粒子流，充斥整个宇宙。它们并非“射线”和少量重核/电子（1）组成。

能量范围：

低能：10? ev（约1 v，来自太阳）

高能：102? ev（比人造加速器高1亿倍）

通量：

2 起源与加速机制

（1）主要来源

类型 能量范围 候选天体

太阳宇宙射线 10?-10? ev 太阳耀斑

银河宇宙射线 10?-101? ev 超新星遗迹（如蟹状星云）、脉冲星

（2）加速原理

费米加速：

一阶费米：粒子在激波前后反复碰撞获得能量（超新星遗迹）

二阶费米：粒子与随机运动的磁云作用（效率较低）

极端天体引擎：

中子星磁层（产生pev粒子）

黑洞喷流（可能加速eev粒子）

3 宇宙射线的“星际之旅”

传播过程：

受银河系磁场偏转（路径曲折，无法追溯源头）

平均滞留时间：约1000万年（比横穿银河系时间长100倍）

相互作用：

3 星际物质的相态分类

根据温度和密度，is可分为5种相态：

1 冷中性介质（）

温度： k

典型区域：中性氢云（hi区）

2 暖中性介质（wn）

温度： k

3 暖电离介质（wi）

温度：8000 k

来源：恒星紫外辐射电离

4 热电离介质（hi）

温度：10?10? k

来源：超新星爆发冲击波

5 分子云（c）

温度：1020 k

恒星摇篮：如猎户座大星云

is 是（星际介质，terstelr diu）——宇宙的“物质画布”

1 基本定义

is（星际介质）是填充星系（如银河系）恒星之间的气体、尘埃、等离子体和宇宙射线的混合物质，占星系可见物质总质量的10~15。

关键特征：

磁场普遍存在（微高斯级，影响物质运动）

is的演化循环：

4 星际物质的观测手段

射电望远镜：探测中性氢（hi 21 线）、分子线

红外望远镜（如jwst）：穿透尘埃，观测恒星形成区

x射线望远镜（如钱德拉）：研究热等离子体

紫外光谱：分析电离气体（如c iv、o vi吸收线）

5 星际物质与恒星生命周期

循环过程：星际物质经历“恒星形成死亡再循环”数十亿年

6 特殊现象与结构

暗星云：致密尘埃遮挡背景星光（如马头星云）

电离氢区（h2区）：年轻恒星电离周围气体（如鹰状星云“创生之柱”）

超新星遗迹：冲击波加热并富集重元素（如蟹状星云）

星际磁场：影响尘埃排列（导致星光偏振）

7 星际物质中的有机分子

已发现200多种分子，包括：

简单分子（h?o、nh?、）

复杂有机物（乙醇、甲醛、氨基酸前体）

生命化学基础：暗示宇宙可能普遍存在生命原料

8 未解之谜

尘埃具体形成机制？

分子云坍缩的触发条件？

星际磁场如何影响恒星形成？

总结

星际物质是宇宙中看似虚无却至关重要的“暗物质”，它塑造了星系的演化，孕育了恒星与行星，甚至可能播撒了生命的种子。每一颗恒星都曾是星际尘埃，而每一粒尘埃也可能成为未来的星球！