第311章 星际物质宇宙地球人类三篇

星际物质（Interstellar Medium ISM）——宇宙的“原材料工厂” 1. 基本概念 星际物质（ISM）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： 占银河系总质量的1015%（其余为恒星和暗物质） 平均密度：0.11个原子/cm3（实验室真空的1万亿倍稀薄） 温度范围：几K（冷分子云）~数百万K（热电离气体） 2. 组成成分 成分 占比 特性 原子气体（HI） ~70% 中性氢（HⅠ）、氦（He）等 分子气体（H?） ~28% 主要存在于冷分子云（如CO示踪） 星际尘埃 ~1% 硅酸盐、碳颗粒（纳米级）散射蓝光（致星际红化） 电离气体（HⅡ） 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： 中性氢（HⅠ）：占原子气体90%以上通过21 cm射电辐射被探测 氦（He）：约占8%难以直接观测（需紫外光谱） 痕量金属：如碳（C）、氧（O）、硅（Si）等（丰度＜0.1%） 物理状态： 温度：10 K（冷中性介质）~10? K（暖中性介质） 密度：0.1~100原子/cm3（比地球实验室真空还稀薄） 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： 分子氢（H?）：占比99%以上（但极难直接观测） 示踪分子：CO（最常用）、H?O、NH?、HCN等（已探测到200+种） 星际尘埃：与气体混合（尘埃/气体质量比≈1%） 物理参数： 温度：10-50 K（接近宇宙背景辐射温度） 密度：102-10? 分子/cm3（比原子气体高100-100万倍） 质量：单个分子云可达10?-10? M☉（太阳质量） 分子云的类型与结构 （1）巨分子云（GMC） 尺度：50-300光年 质量：10?-10? M☉ 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） 尺度：＜1光年 质量：10-100 M☉ 特征：高密度（10?/cm3）孤立坍缩形成小质量恒星 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（0.01-1 μm）仅占ISM质量的1%却对宇宙演化有超乎比例的影响。

成分： 硅酸盐（MgSiO?、Mg?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、CO、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（Extinction）： 短波（蓝光）被散射更强烈 → 恒星看起来更红（星际红化） 定量描述：A_V（V波段消光）银河系平均1.8等/千秒差距 偏振（Polarization）： 非球形尘埃沿磁场排列 → 星光产生偏振（揭示磁场方向） （2）分子形成的催化剂 表面反应： 尘埃表面吸附H原子 → 形成H?（气相中几乎不可能） 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： 尘埃碰撞黏附 → 千米级星子 → 行星（地球45%物质源自星际尘埃） 电离气体： 1. 基本特性 电离气体是氢原子被电离（H→H?）的高温区域占星际物质约0.1-1%但主导可见光波段的星际辐射。

物理参数： 温度：5000-20000 K（比分子云高1000倍） 密度：10-10? 离子/cm3（从稀薄HⅡ区到超致密星云） 电离源：O/B型恒星（紫外光子）、超新星激波、活动星系核 化学组成： 氢离子（H?）占90%以上 氦离子（He?）、二次电离元素（O??、N?） 本小章还未完请点击下一页继续阅读后面精彩内容！。