为什么说星际空间尘土飞扬?
在银河系里,恒星与恒星之间的距离非常遥远。平均来说有3~4光年,就像是相隔了几千千米的两个足球。如此广袤的星际空间里,是否只有无尽的空虚呢?答案是否定的。当我们仔细注视银河的时候,会发现有一条边界模糊的不规则阴影,贯穿了整条银河。这就是弥漫在银盘各处的尘埃。
星际尘埃的温度很低,只有十几开到一二百开,所以它们不像恒星那样发出可见光,而是在明亮的银河背景前面,显现出它们的“剪影”。尘埃本身也有自己的“热辐射”,只是辐射集中在波长很长的波段上,从十微米到几百微米,就是我们平常所说的中、远红外线。在这个波段上,恒星早已黯淡无“光”了。如果我们用红外波段去观察银河系,就会看到这样一幅图景:到处都是弥漫的、分布不规则的尘埃,像是疏密不一的云块,也像是被风扬起的沙尘。
尘埃大多数集中在银道面附近,虽然密度极低,平均每立方米只有几个尘埃粒子,但是从我们太阳系看过去,整个银盘上的尘埃足以累积成一条浓密的尘埃带。尘埃颗粒的大小不一,平均来讲只有0.1微米。它们的成分主要是碳、氮、氧、硅等元素构成的硅酸盐、石墨等分子,以及水和微量的氨、甲烷等混合而成的冰状物。随着观测的深入,还发现了越来越多的复杂有机分子。20世纪30年代以来,天文学家先后在尘埃中发现了甲基分子、氰基分子、羟基分子和一氧化碳分子。20世纪70年代以后,随着观测技术大幅度提高,更多结构复杂的大分子被发现。其中最有名的要数多环芳香烃(简称PAH)。它们是含两个以上的苯环(碳原子构成的六元环)结构的有机化合物。由于温度很低,这些分子都以固态的形式存在。PAH有一个非常好的观测特性,它在几乎所有的红外波段上都有特征发射线,比较容易辨别;而且PAH在尘埃中到处存在,常常被天文学家作为尘埃分布的示踪源。
尘埃是以固体形式存在的,而在星际介质中,比尘埃更多的是氢和氦等元素组成的气体。温度高的以离子形式存在,温度较低的以原子的形式存在,而温度低至几十开时,就以分子气体的形式存在。分子气体虽然总量不多,但一般是以云团的形式聚集在一起,形成分子云。分子云中通常还混杂着大量的尘埃。在某些局部,分子云的密度高出物质平均密度几十倍,形成一个相对来说区域不大但很密集的云块,这就是观测上所说的星云。
星云本身不发出可见光,而且其中含有大量的尘埃,所以有可能在远方恒星的背景上看到云块的阴影,我们称之为暗星云;有些星云附近或者云中有一些很亮的恒星,星云因反射这些恒星的光而被我们看见,称为反射星云;如果这些亮星的温度很高,能够发出能量很高的光子,星云还有可能在它们照射下受激发光,成为发射星云。
严格来说,这些由分子云构成的星云应该称为弥漫星云,它们通常是恒星的诞生地,也被称为是恒星的摇篮。而另外两种常见的弥散天体——行星状星云和超新星遗迹,虽然也被称为星云,实际上却是恒星演化末期的产物,和弥漫星云是两类完全不同的天体。