星际介质

作者：栗小白
审核：水果干

引言

我们的宇宙中不仅仅有众多恒星与行星，在星际空间中还弥漫着密度极低的物质（远比地球上能制造的最好的真空环境还要稀薄的多），这些被称为星际介质的物质占据了行星之间的广阔空间。

星际介质

星际介质主要由气体和尘埃两部分组成。多数情况下，星际气体的元素丰度和其他天体非常类似，大部分气体（大约90%以上）都是氢原子或氢分子，还有大约9%为氦，剩下为重元素。我们对于星际尘埃并不是很了解，一些红外波段观测的证据显示，星际尘埃中包括硅酸盐，石墨和铁以及“脏冰”（由水、冰和氨、甲烷以及其他化合物组成的混合物）。

星际介质有两个重要的性质：消光和红化。接下来，我将为大家阐述这两个性质的成因。

消光
尘埃颗粒可以且只会吸收波长小于或约等于其半径的光。因此波长越短，收到尘埃阻挡的总量就会越多。星际尘埃的直径大约为10^-7m，与可见光波长相当，因此星际尘埃对星光具有消弱作用。
红化
由于星际介质对于短波的阻挡能力强于长波辐射，因此在遥远的恒星光线中，频率更高的光子恒容易被星际介质“劫持”，使得恒星看起来比实际更红，这就是红化。原理如下图所示：

星云

发射星云

有许多种类的星云，它们在星空看起来是一团模糊的斑块。其中，发射星云是由炽热发光星际气体所构成的延展云块。发射星云与恒星的形成相关，炽热的O型星和B型恒星加热和电离周围环境中的星际物质，便产生了发射星云。如果星云遮挡了视线方向上后面的恒星，那么我们就会在明亮的天空背景上看到一小块黑色的区域，我们称之为暗云。但如果星云内部有一些天体，例如年轻的恒星，能使这团云发光，那么我们就能看到明亮的发射星云。

反射星云

与红色的发射星云相对应的，是蓝色的反射星云。这是因为反射星云中的尘埃颗粒将其中发出的恒星光散射了，因而看起来偏蓝。发射星云是因为气体中心或附近的恒星在星云里产生了大量的紫外辐射。随着紫外光子从恒星向外逃逸，他们会紧接着电离周围的气体，电子跟原子核复合后便会发射出可见光，使得气体云发光，有气体云中以氢元素居多，其中氢原子辐射发出的光子处于电磁波短的红谱，所以看起来偏红;反射星云更多的是因为发出的可⻅光被星云的尘埃带散射而产生的。

反射星云是靠反射附近恒星的光线而发光的，由于散射对蓝光比对红光更有效率（这与天空呈现蓝色和落日呈现红色的过程相同），所以反射星云通常都是蓝色。

暗星云

如果气体尘埃星云附近没有亮星，则星云将是黑暗的，即为暗星云。暗星云的密度足以遮蔽来自背景的发射星云或反射星云的光（比如马头星云），或是遮蔽背景的恒星。虽然暗星云既不发光，也没有光供它反射，但是能够吸收和散射来自它后面的光线，因此可以在恒星密集的银河中以及明亮的弥漫星云的衬托下发现它们的踪迹。

星际泡

最后一个概念是星际泡。星际空间中某些区域极度稀薄，且有比发射星云温度还高的气体。空间望远镜的紫外观测发现了这些被极度加热的星际“气泡”，它们组成了云际之间的介质，并且体积巨大。这些高温气体很可能是由很早以前爆发的恒星留下的残留物急剧扩散形成的。这些区域的温度很高，但是比较暗，因为它们的物质密度极低。我们的太阳系就处在这样一处低密度空间内，这一空间围绕在我们周围，被称为“本星系泡”。本星系泡约包含20w可恒星，尺度约100pc。本星系泡很有可能是由很久以前的超新星爆发形成的，爆发的能量加热了周围的星际气体，并将这些气体驱逐出太阳系的近邻区域。

暗尘埃云

发射星云和星际泡只是星际介质中很小的一部分。事实上，宇宙中绝大部分空间（约80%以上）都是虚空，那里没有恒星的存在，只有无尽的寒冷（温度大概只有100K）和黑暗。然而，在这黑暗的虚空之中，也潜藏这另一类天体——暗尘埃云。暗尘埃云比周围的环境温度还要低（低至几十开尔文），密度却比周围高出几千到几百万倍，因此也被成为“致密星际气体云”。