星际分子

  星际分子指存在于星际空间的无机分子和有机分子。星际分子的发现,是本世纪60年代轰动天文学界的一件大事。长期以来,天文学家认为,茫茫宇宙空间,除了恒星、恒星集团、行星、星云之类的天体物质,再没有什么别的物质了。直到20世纪初,人们还认为星际空间是一片真空。后来终于发现,在星际空间充满了各种微小的星际尘埃、稀薄的星际气体、各种宇宙射线以及粒子流。60年代在星际空间发现了大量有机分子云,云中含有各种复杂的有机分子。

  分布区域:

  在银河中心区域有,在猎户座大星云和其他区域也有。此后,人们在宇宙太空中又陆续发现了更多的星际分子,其中有无机分子,也有有机分子。例如,羟基、一氧化碳、氰化氢、甲醇、乙醛、丙炔腈、甲胺等等。迄今为止,已发现的星际分子有50多种。

  研究历史:

  星际分子的检测

  从1963年应用射电天文方法检测星际分子获得成功以来,星际分子的研究有了很大的进展。特别是最近十年,又在星际空间和邻近的河外星系中,陆续找到了许多种分子,到1979年底已经证认出的星际分子超过50种。

  每种分子往往有几个以至上百个源,这些分子源分布在星际空间中物理条件不同的各个区域,如银心、电离氢区和中性氢区、星周物质、暗星云、超新星遗迹和红外星的附近等。有些分子(如一氧化碳)分布很广,可用来研究银河系和其他星系的旋臂结构;但也有一些分子目前只在非常致密的星云中才能找到。位于电离氢区的著名的猎户座A星云是研究得最详细的分子源之一,从中发现多种分子。在银心方向的人马座A和人马座 B2两星云是更丰富的分子源,从中几乎能找到所有已发现的星际分子。

  星际分子的种类

  已发现的星际分子中,大部分是有机分子。还有一些是地球上没有的天然样品,甚至在实验室中也很难稳定存在的分子。天文观测还发现了不少星际分子的同位素分子。这是一种了解同位素丰度比的重要方法。多数分子不止看到一条谱线。有些星际分子的微波谱线在地球条件下也不易出现,这和天文光谱学的情形是相似的。十多年来星际分子的观测工作已得到丰富的数据。

  观际分子的主要工具是射电望远镜,绝大多数星际分子是靠分米至毫米波段的星际分子射电谱线发现的。也有少数分子只观测到它们的可见光和紫外、红外波段的谱线。空间天文学的发展突破了大气窗口的限制,我们能够观测到由于强烈的大气吸收而在地面无法观测到的红外、紫外等波段的谱线。星际分子的研究对于天体演化学(如巨大的星云坍缩成为恒星或星团的过程和正在“死亡”的星向星际空间抛射物质的过程)、银河系结构、宇宙化学等学科都有重要意义。微波波段的分子谱线尤其适宜于研究致密的、温度很低的、不透明的星际云。通过谱线观测可以了解星云在其各个发展阶段中的许多物理、化学特性,诸如星云的成分、形状、密度、温度、速度、运动状况和同位素丰度比等。

  星际分子的形成

  关于星际分子的形成过程及其化学演化目前还不十分清楚,有由电离的原子(分子)碰撞形成和靠气体云中的尘粒帮助形成等说法。弄清这许多分子特别是有机分子的形成过程,以及它们同地球上生命起源的关系,是天文学的一个新的分支——星际化学的重要课题。

  研究成果:

  天文观测还发现了不少星际分子的同位素分子。这是一种了解同位素丰度比的重要方法。多数分子不止看到一条谱线。有些星际分子的微波谱线在地球条件下也不易出现,这和天文光谱学的情形是相似的。

  十多年来星际分子的观测工作已得到丰富的数据。 观际分子的主要工具是射电望远镜,绝大多数星际分子是靠分米至毫米波段的星际分子射电谱线发现的。也有少数分子只观测到它们的可见光和紫外、红外波段的谱线。空间天文学的发展突破了大气窗口的限制,我们能够观测到由于强烈的大气吸收而在地面无法观测到的红外、紫外等波段的谱线。微波波段的分子谱线尤其适宜于研究致密的、温度很低的、不透明的星际云。通过谱线观测可以了解星云在其各个发展阶段中的许多物理、化学特性,诸如星云的成分、形状、密度、温度、速度、运动状况和同位素丰度比等。

  关于星际分子的形成过程及其化学演化目前还不十分清楚,有由电离的原子(分子)碰撞形成和靠气体云中的尘粒帮助形成等说法。弄清这许多分子特别是有机分子的形成过程,以及它们同地球上生命起源的关系,是天文学的一个新的分支——星际化学的重要课题。

  重要意义:

  我们知道,构成生命的基础——蛋白质的主要成分是氨基酸分子。它是一种有机分子,尽管人们还没有在宇宙太空中直接观测到氨基酸分子,但是,科学家在地面实验室里用氢、水、氧、甲烷及甲醛等有机物,模拟太空的自然条件,已合成几种氨基酸。而合成氨基酸所用的原材料,在星际分子云中大量存在。不难想象,宇宙空间也一定存在氨基酸的分子,只要有适当的环境,它们就有可能转变为蛋白质,进一步发展成为有机生命。

  据此推测,地球以外的其他星球存在生命物质,甚至可能是有高等智慧的生命物质。星际分子的研究对于天体演化学(如巨大的星云坍缩成为恒星或星团的过程和正在“死亡”的星向星际空间抛射物质的过程)、银河系结构、宇宙化学等学科都有重要意义。

  困惑谜团:

  科学家感到困惑的是,有些星际分子竟是地球环境中找不到的,甚至在实验室中也无法得到。这些地球上的尚不存在的星际分子,在太空中起什么作用,有些什么物理化学特性,这些问题都还是一个谜。

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