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星际物质

星际物质(缩写为ISM)是存在于星系和恒星之间的物质和辐射场(ISRF)的总称。星际物质在天文物理的准确性中扮演着关键性的角色,因为它是介于星系和恒星之间的中间角色。

恒星在星际物质密度较高的分子云中形成,并且经由行星状星云恒星风、和超新星获得能量和物质的重新补充。换个角度看,恒星和星际物质的相互影响,可以协助测量星系中气体物质的消耗率,也就是恒星形成的活耀期的时间。

恒星之间的物质包括星际气体星际尘埃和各种各样的星际云还可包括星际磁场宇宙线

星际物质的总质量约占银河系总质量的5-。平均密度为10/厘米相当于平均数密度为每立方厘米1个氢原子密度范围是10~10/厘米。这种密度是地球上的实验室中远未达到的真空度(目前实验室的最高真空度为10毫米水银柱,相当于每立方厘米 32000个质点)。星际物质的温度相差很大,从几K到千万K。

星际物质在银河系内分布的特点是:不均匀性,不同区域的星际物质密度可相差很大星际气体和尘埃当聚集成质点数密度超过每立方厘米10~10个时就成为星际云云间密度则低到每立方厘米0.1个质点。星际物质和年轻恒星高度集中在银道面,尤其在旋臂中。

星际气体包括气态原子分子电子离子,其化学组成可以通过各种电磁波谱线的测量求出。结果表明星际气体的元素丰度与根据太阳恒星陨石得出的宇宙丰度相似,即最多,次之,其他元素很低。下表第二行是按对数尺度列出的宇宙丰度,第三行是按对数尺度表示的太阳与蛇夫座ζ星之间的星际气体元素丰度,第四行为二者的差值。

星际气体中,90-是氢,氦约占10-,其他的元素如、氮、等总共不到1-。

星际气体根据主要元素──氢原子的存在形式而分为电离氢区中性氢区

星际尘埃 是直径约10(或10)厘米的固态质点,分散在星际气体中。星际尘埃总质量约占星际物质总质量的10-。星际尘埃可能是由下列物质组成的;甲烷等的冰状物二氧化硅硅酸镁三氧化二铁等矿物石墨晶粒;上述三种物质的混合物。

星际尘埃散射星光,使星光减弱;这种现象叫作星际消光。星际消光随波长的增长而增长星光的颜色也随之变红这种现象叫作星际红化。星际尘埃对于星际分子的形成和存在具有重要的作用。一方面尘埃能阻挡星光紫外辐射不使星际分子离解另一方面固体尘埃作为催化剂能加速星际分子的形成。

星际物质(缩写为ISM)是存在于星系和恒星之间的物质和辐射场(ISRF)的总称。星际物质在天文物理的准确性中扮演着关键性的角色,因为它是介于星系和恒星之间的中间角色。恒星在星际物质密度较高的分子云中形成,并且经由行星状星云恒星风、和超新星获得能量和物质的重新补充。换个角度看,恒星和星际物质的相互影响,可以协助测量星系中气体物质的消耗率,也就是恒星形成的活耀期的时间。

以地球的标准,星际物质是极度稀薄的等离子、气体、和尘埃,是离子、原子、分子、尘埃、电磁辐射宇宙射线、和磁场的混合体。物质的成分是99-的气体和1-的尘埃,充满在星际间的空间。这种极端稀薄的混合物,典型的密度从每立方米只有数百到数亿个质点,以太初核合成的结果来看气体的成分,在数量上应该是90-和10-的,和其他微迹的“金属”(以天文学说法,除氢和氦以外的元素都是金属)。

星际物质的观测 可以在不同的电磁波段进行。例如 1904年在分光双星猎户座 δ 的可见光谱中发现了位移不按双星轨道运动而变化的星际离子吸收线首次证实星际离子的存在。1930年观测到远方星光颜色变红色指数变大(即星际红化)首次证实星际尘埃的存在。1951年通过观测银河系中性氢21厘米谱线证实星际氢原子的大量存在。1975年利用人造卫星紫外光谱仪观测100多颗恒星的星际消光与波长的关系得知2200埃附近的吸收峰。1977年观测星际X射线波段发现οⅦ21.6埃(0.57千电子伏)的谱线确认存在著温度达10~10K的高温气体。

与恒星物质的关系 根据现代恒星演化理论一般认为恒星早期是由星际物质聚集而成而恒星又以各种爆发抛射和流失的方式把物质送回星际空间。

当我们提到宇宙空间时,我们往往会想到那里是一无所有的、黑暗寂静的真空。其实,这不完全对。恒星之间广阔无垠的空间也许是寂静的,但远不是真正的“真空”,而是存在着各种各样的物质。这些物质包括星际气体、尘埃和粒子流等,人们把它们叫做“星际物质”。

星际物质与天体的演化有着密切的联系。观测证实,星际气体主要由氢和氦两种元素构成,这跟恒星的成分是一样的。人们甚至猜想,恒星是由星际气体“凝结”而成的。星际尘埃是一些很小的固态物质,成分包括碳合物、氧化物等。

星际物质在宇宙空间的分布并不均匀。在引力作用下,某些地方的气体和尘埃可能相互吸引而密集起来,形成云雾状。人们形象地把它们叫做“星云”。按照形态,银河系中的星云可以分为弥漫星云行星状星云等几种。

“星际的”这个名词最早出现在1626年,是弗朗西斯培根在他的文稿中使用的。他写道:"The Interstellar Skie.. hath .. so much Affinity with the Starre, that there is a Rotation of that, as well as of the Starre." (Sylva §3545).

自然哲学家罗伯特博伊尔在1674年的论述中提到:"星际中的空间在享乐主义的观点中是空无一物的"。直到19世纪,星际物质的本质才受到天文学家和科学家的注意。

在1862年,帕特孙写道:"气流引发的颤动,或是震动运动,是以太充塞在空中造成的。"(Ess. Hist. & Art 10)以太的观念延续到20世纪,有些特性被描述出来。在1912年,威廉亨利皮克林写道:"造成星际吸收的介质简单的说就是以太,他会选择性的吸收,就如卡普坦所指出的是一些气体的特性,还有一些自由的气体分子,她们可能是由太阳和恒星经常不断的释放出来…..."

在1913年,挪威的探险家兼物理学家克利欣白克兰写道:"以我们的观点,假设空间整体充满了电子,各种电子和离子的飞跃,似乎是自然的结果,因为我们假设恒星系统在演化的过程中,不停的将带电的微粒抛射入太空中。因此在宇宙各处,也就是"空无一物"的太空中,都能发现物质充塞著,不仅是在太阳系和星云之中,应该是合情合理的。(See "Polar Magnetic Phenomena and Terrella Experiments", in The Norwegian Aurora Polaris Expedition 1902-1903 (publ. 1913, p.720).

在1930年,塞缪尔L桑代克记载着: ".. 实在很难相信存在于恒星之间的巨大空间会完全的空无一物,地球的极光可能是被来自于太阳带电粒子,从太阳辐射出来的粒子激发产生的。如果其他数以百万计的恒星也都发射出离子,如果是毫无疑问的,那么星系之间便不可能是绝对的真空了。"

由于大量星际物质的存在,天体发射出来的光线被吸收、减弱,这称作星际消光。此外,天体的光线还被散射,使光线变红,这称作星际红化。在恒星研究中需要对星际红化进行修正。

星际世界泛指所有在行星间(含地球)恒星间与星系间的广大空间,距离从数亿公里(行星间)至数光年(恒星间)至无限距离。通常会充塞著无数的星际物质,温度大约零下200多度。更涵括多重宇宙平行宇宙及高维度空间与其无穷延伸

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