星際物質(zhì)(縮寫為ISM),是存在于星系和恒星之間的物質(zhì)和輻射場(ISRF)的總稱。
物質(zhì)結(jié)構(gòu)
恒星之間的物質(zhì)﹐包括星際氣體﹑星際塵埃和各種各樣的星際云﹐還可包括星際磁場和宇宙線。星際物質(zhì)的總質(zhì)量約占銀河系總質(zhì)量的5%。平均密度為10/厘米﹐相當(dāng)于平均數(shù)密度為每立方厘米1個氫原子﹐密度范圍是10~10/厘米。這種密度是地球上的實(shí)驗(yàn)室中遠(yuǎn)未達(dá)到的真空度(目前實(shí)驗(yàn)室的最高真空度為10^-7毫米水銀柱,相當(dāng)于每立方厘米 32﹐000個質(zhì)點(diǎn))。星際物質(zhì)的溫度相差很大,從幾K到千萬K。
星際物質(zhì)在銀河系內(nèi)分布的特點(diǎn)是:不均勻性,不同區(qū)域的星際物質(zhì)密度可相差很大﹐星際氣體和塵埃當(dāng)聚集成質(zhì)點(diǎn)數(shù)密度超過每立方厘米10~10個時﹐就成為星際云﹐云間密度則低到每立方厘米0.1個質(zhì)點(diǎn)。星際物質(zhì)和年輕恒星高度集中在銀道面,尤其在旋臂中。
星際氣體包括氣態(tài)原子﹑分子﹑電子﹑離子,其化學(xué)組成可以通過各種電磁波譜線的測量求出。結(jié)果表明﹐星際氣體的豐度與根據(jù)太陽﹑恒星﹑石隕石得出的宇宙豐度相似,即氫最多,氦次之,其他元素很低。下表第二行是按對數(shù)尺度列出的宇宙豐度,第三行是按對數(shù)尺度表示的太陽與蛇夫座ζ星之間的星際氣體元素豐度,第四行為二者的差值。星際氣體中,90%是氫,氦約占10%,其他的元素如鋰、氮、氧等總共不到1%。星際氣體根據(jù)主要元素──氫原子的存在形式而分為電離氫區(qū)和中性氫區(qū)。
星際塵埃 是直徑約10(或10)厘米的固態(tài)質(zhì)點(diǎn),分散在星際氣體中。星際塵??傎|(zhì)量約占星際物質(zhì)總質(zhì)量的10%。星際塵埃可能是由下列物質(zhì)組成的;水﹑氨﹑甲烷等的冰狀物;二氧化硅﹑硅酸鎂﹑氧化鐵等礦物﹔石墨晶粒;上述三種物質(zhì)的混合物。星際塵埃散射星光,使星光減弱;這種現(xiàn)象叫作星際消光。星際消光隨波長的增長而增長﹐星光的顏色也隨之變紅﹔這種現(xiàn)象叫作星際紅化。星際塵埃對于星際分子的形成和存在具有重要的作用。一方面塵埃能阻擋星光紫外輻射不使星際分子離解﹐另一方面固體塵埃作為催化劑能加速星際分子的形成。
星際物質(zhì)(縮寫為 ISM)是存在于星系和恒星之間的物質(zhì)和輻射場(ISRF)的總稱。星際物質(zhì)在天文物理的準(zhǔn)確性中扮演著關(guān)鍵性的角色,因?yàn)樗墙橛谛窍岛秃阈侵g的中間角色。恒星在星際物質(zhì)密度較高的分子云中形成,并且經(jīng)由行星狀星云、恒星風(fēng)、和超新星獲得能量和物質(zhì)的重新補(bǔ)充。換個角度看,恒星和星際物質(zhì)的相互影響,可以協(xié)助測量星系中氣體物質(zhì)的消耗率,也就是恒星形成的活耀期的時間。
以地球的標(biāo)準(zhǔn),星際物質(zhì)是極度稀薄的帶電粒子、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(zhì)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米只有數(shù)百到數(shù)億個質(zhì)點(diǎn),以太初核合成的結(jié)果來看氣體的成分,在數(shù)量上應(yīng)該是90%氫和10%的氦,和其他微跡的“金屬”(以天文學(xué)說法,除氫和氦以外的元素都是金屬)。
物質(zhì)觀測
星際物質(zhì)的觀測 可以在不同的電磁波段進(jìn)行。例如 1904年﹐在分光雙星獵戶座 δ 的可見光譜中發(fā)現(xiàn)了位移不按雙星軌道運(yùn)動而變化的星際離子吸收線﹐首次證實(shí)星際離子的存在。
1930年﹐觀測到遠(yuǎn)方星光顏色變紅﹐色指數(shù)變大(即星際紅化)﹐首次證實(shí)星際塵埃的存在。1951年﹐通過觀測銀河系內(nèi)中性氫21厘米譜線﹐證實(shí)星際氫原子的大量存在。1975年﹐利用人造衛(wèi)星紫外光譜儀觀測100多顆恒星的星際消光與波長的關(guān)系﹐得知2200埃附近的吸收峰。1977年﹐觀測星際X射線波段﹐發(fā)現(xiàn)οⅦ21.6埃(0.57千電子伏)的譜線﹐確認(rèn)存在著溫度達(dá)10~10K的高溫氣體。
星際物質(zhì)與恒星物質(zhì)的關(guān)系,根據(jù)現(xiàn)代恒星演化理論﹐一般認(rèn)為恒星早期是由星際物質(zhì)聚集而成﹐而恒星又以各種爆發(fā)﹑拋射和流失的方式把物質(zhì)送回星際空間。
物質(zhì)性質(zhì)
當(dāng)我們提到宇宙空間時,我們往往會想到那里是一無所有的、黑暗寂靜的真空。其實(shí),這不完全對。恒星之間廣闊無垠的空間也許是寂靜的,但遠(yuǎn)不是真正的“真空”,而是存在著各種各樣的物質(zhì)。這些物質(zhì)包括星際氣體、塵埃和粒子流等,人們把它們叫做“星際物質(zhì)”。
星際物質(zhì)與天體的演化有著密切的聯(lián)系。觀測證實(shí),星際氣體主要由氫和氦兩種元素構(gòu)成,這跟恒星的成分是一樣的。人們甚至猜想,恒星是由星際氣體“凝結(jié)”而成的。星際塵埃是一些很小的固態(tài)物質(zhì),成分包括碳合物、氧化物等。星際物質(zhì)在宇宙空間的分布并不均勻。在引力作用下,某些地方的氣體和塵??赡芟嗷ノ芗饋?,形成云霧狀。人們形象地把它們叫做“星云”。按照形態(tài),銀河系中的星云可以分為彌漫星云、行星狀星云等幾種。
歷史沿革
“星際的”這個名詞最早出現(xiàn)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(xué)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(diǎn)中是空無一物的"。直到19世紀(jì),星際物質(zhì)的本質(zhì)才受到天文學(xué)家和科學(xué)家的注意。
在1862年,帕特孫寫道:"氣流引發(fā)的顫動,或是震動運(yùn)動,是以太充塞在空中造成的。"(Ess. Hist. & Art 10)以太的觀念延續(xù)到20世紀(jì),有些特性被描述出來。在1912年,威廉·皮克林寫道:"造成星際吸收的介質(zhì)簡單的說就是以太,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恒星經(jīng)常不斷的釋放出來…..."
在1913年,挪威的探險家兼物理學(xué)家克利欣·白克蘭寫道:"以我們的觀點(diǎn),假設(shè)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(jié)果,因?yàn)槲覀兗僭O(shè)恒星系統(tǒng)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(fā)現(xiàn)物質(zhì)充塞著,不僅是在太陽系和星云之中,應(yīng)該是合情合理的。(See "Polar Magnetic Phenomena and Terrella Experiments", in The 挪威航空 極光 Polaris Expedition 1902-1903 (publ. 1913, p.720).
在1930年,塞繆爾?L?桑代克記載著: ".. 實(shí)在很難相信存在于恒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于太陽帶電粒子,從太陽輻射出來的粒子激發(fā)產(chǎn)生的。如果其他數(shù)以百萬計的恒星也都發(fā)射出離子,如果是毫無疑問的,那么星系之間便不可能是絕對的真空了。"
主要問題
由于大量星際物質(zhì)的存在,天體發(fā)射出來的光線被吸收、減弱,這稱作星際消光。此外,天體的光線還被散射,使光線變紅,這稱作星際紅化。在恒星研究中需要對星際紅化進(jìn)行修正。
星際世界泛指所有在行星間(含地球)恒星間與星系間的廣大空間,距離從數(shù)億公里(行星間)至數(shù)光年(恒星間)至無限距離。通常會充塞著無數(shù)的星際物質(zhì),溫度大約零下200多度。更涵括多重宇宙平行宇宙及高維度空間與其無窮延伸
參考資料 >