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星际物质

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星際物質(缩写为ISM)是存在於星系恆星之間的物質輻射場ISRF)的总称。星際物質在天文物理的準確性中扮演著關鍵性的角色,因為它是介於星系和恆星之間的中間角色。恆星在星際物質密度較高的分子雲中形成,並且經由行星狀星雲恆星風、和超新星獲得能量和物質的重新補充。換個角度看,恆星和星際物質的相互影響,可以協助測量星系中氣體物質的消耗率,也就是恆星形成的活耀期的時間。

以地球的標準,星際物質是極度稀薄的電漿氣體、和塵埃,是離子原子分子塵埃電磁輻射宇宙射線、和磁場的混合體。物質的成分是99%的氣體和1%的塵埃,充滿在星際間的空間。這種極端稀薄的混合物,典型的密度從每立方公尺只有數百到數億個質點,以太初核合成的結果來看氣體的成分,在數量上應該是90%和10%的,和其他微跡的「金屬」(以天文學說法,除氢和氦以外的元素都是金屬)。

星際物質(ISM)
成份 百分比
(體積)
溫度
(K)
密度
(原子/cm³)
狀態
分子雲 < 1 % 20 - 50 102 - 106 氫分子
冷中性物質(CNM) 1-5% 50 - 100 20 - 50 中性氫原子
溫中性物質(WNM) 10-20% 6000 - 10000 0.2 - 0.5 中性氫原子
溫離子物質(WIM) 20-50% 8000 0.2 - 0.5 游離的氫
H II區 < 1% 8000 102 - 104 游離的氫
氣體暈
熱離子物質(HIM)
30-70% 106 - 107 10-4 - 10-2 高度游離的
(氫和微跡金屬)

這些介質也是造成消光紅化的原因。當光線在穿越這些介質的旅程中,光強度的衰減程度與觀測的波長有密切的關聯,這些星際物質造成光子的散射和吸收,使得肉眼觀察的夜晚天空背景變得黑暗。在數千光年範圍內的分子雲對來自銀河盤面的背景星光造成均勻且一致的吸收,使得只有銀河盤面的一些裂縫中才有背景星光能被地球上的人类觀察到。

遠紫外線會被星際物質中性成分吸收,例如原子會吸收121.5奈米的波長的光线,這是來自來曼α线的能量躍遷。因此,距離地球數百光年以外的恆星,在這個波段上所发出的光便幾乎無法看見,因為在前來地球的漫長旅程中,這個波長幾乎都已經被吸收掉了。

星際物質通常可以依據溫度的差異分成三種狀態:數百萬K的高熱氣體、數千K的溫暖氣體、和數十K的冷氣體,這些狀態是這些氣體在溫度的平衡上所表現出的冷或熱。關於星際物質這三種型態的模型最初是McKeeOstriker在1977年的一編論文中提出來的。經歷了過去四分之一個世紀的研究,在科學界,星際物質在這三種狀態上的相對數量仍然有相當大的爭議。

未來,對星際物質的研究重點是分子雲星際雲超新星遗迹行星狀星雲、和擴散結構

星雲[编辑]

蟹狀星雲。這個圖片混合了來自哈柏的光學數據(紅色)以及來自錢卓的X光圖片(藍色

星云就是散布在银河系内、太阳系外的一堆堆非恒星形状的尘埃和气体星际物质),它们的主要成份是,其次是,还含有一定比例的金属元素非金属元素。近年来的研究还发现含有OHCOCH₄有机分子

最初所有在宇宙中的云雾状天体都被称作星云。后来随着天文望远镜的发展,人们的观测水平不断提高,才把原来的星云划分为星团星系和星云三种类型。

发现[编辑]

1758年8月28日晚上,当时受雇天文观测的法国天文学家查尔斯·梅西耶在搜寻彗星的时候,在金牛座发现一个云雾状的斑块。为了让其他人不把这些天体当作彗星,他为此进行了专门的建档。到1784年,他一共找到类似的天体103个,当年在金牛座找到的那个天体被编为M1。(参看梅西耶天体列表

1781年,梅西耶公布了自己的发现。英国天文学家威廉·赫歇耳非常重视,并且亲自逐一对梅西耶发现的这些天体进行了观测核实。他发现其中有些天体确实是云雾状的,他把这些天体称为“星云”。

种类[编辑]

以形态划分,可分为:

以发光性质划分,则可分为:

有的星云是恒星的出生地,星云的尘埃在引力下漸漸收縮成为新的星,如猎户座M42星云;也有的是老恒星爆炸后的残骸,如天鹅座网状星云。由于观测工具的限制,历史上,星系曾与星云混为一谈。

另見[编辑]

成分[编辑]

星际物质包括星际气体星际尘埃。星际气体包括气态的原子分子电子离子等,主要由元素组成,其次是,其元素丰度与恒星基本一致。星际尘埃是直径大约为10-5厘米的固体颗粒,包括冰状物、石墨硅酸盐等,弥散在星际气体当中,质量大约占星际气体的10%。

银河系中的星际物质主要分布在旋臂中,占到了银河系总质量的10%,密度大约为每立方厘米一个原子,这种密度其实很低,在人造的真空中都无法达到。

歷史[编辑]

"星際的"這個名詞最早出現在1626年,是弗朗西斯·培根在他的文稿中使用的。他寫道:"The Interstellar Skie.. hath .. so much Affinity with the Starre, that there is a Rotation of that, as well as of the Starre." (Sylva §354–5).

自然哲學家羅伯特·博伊爾在1674年的論述中提到:"星際中的空間在享樂主義的觀點中是空無一物的"。直到19世紀,星際物質的本質才受到天文學家和科學家的注意。

在1862年,帕特孫寫道:"氣流引發的顫動,或是震動運動,是以太充塞在空中造成的。"(Ess. Hist. & Art 10)以太的觀念延續到20世紀,有些特性被描述出來。在1912年,威廉·亨利·皮克林寫道:"造成星際吸收的介質簡單的說就是乙太,他會選擇性的吸收,就如卡普坦所指出的是一些氣體的特性,還有一些自由的氣體分子,她們可能是由太陽和恆星經常不斷的釋放出來…..."

在1913年,挪威的探險家兼物理學家克利欣·白克蘭寫道:"以我們的觀點,假設空間整體充滿了電子,各種電子和離子的飛躍,似乎是自然的結果,因為我們假設恆星系統在演化的過程中,不停的將帶電的微粒拋射入太空中。因此在宇宙各處,也就是"空無一物"的太空中,都能發現物質充塞著,不僅是在太陽系和星雲之中,應該是合情合理的。(See "Polar Magnetic Phenomena and Terrella Experiments", in The Norwegian Aurora Polaris Expedition 1902-1903 (publ. 1913, p.720).

在1930年,塞繆爾․L․桑代克記載著: ".. 實在很難相信存在於恆星之間的巨大空間會完全的空無一物,地球的極光可能是被來自於太陽帶電粒子,從太陽輻射出來的粒子激發產生的。如果其他數以百萬計的恆星也都發射出離子,如果是毫無疑問的,那麼星系之間便不可能是絕對的真空了。"

问题[编辑]

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。

星際世界泛指所有在行星間(含地球恆星間與星系間的廣大空間,距離從數億公里(行星間)至數光年(恆星間)至無限距離。通常會充塞著無數的星際物質,溫度大約零下200多度。更涵括多重宇宙平行宇宙高維度空間與其無窮延伸

參考資料[编辑]

  1. Physical Processes in the Interstellar Medium, L. Spitzer, 1978 (New York: Wiley)
  2. Physics of the Interstellar Medium, J. Dyson, 2nd Ed., 1997 (London: Taylor & Francis)
  3. Wisconsin H-Alpha Mapper Survey
  4. Pickering, W. H., "Solar system, the motion of the, relatively to the interstellar absorbing medium" (1912) Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Vol. 72, p.740
  5. Thorndike, S. L., "Interstellar Matter" (1930) Publications of the Astronomical Society of the Pacific, Vol. 42, No. 246, p.99

相關條目[编辑]