20：星际间——太空中的气体和尘埃
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- 202106
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星星来自哪里？ 从前面的章节中我们已经知道恒星必须死亡，因为它们最终会耗尽核燃料。 我们可以假设新的恒星的出现是为了取代死亡的恒星。 但是，为了形成新的恒星，我们需要制造它们的原材料。 事实证明，恒星在一生中都会喷出物质（一种风从其表层吹来），而这种物质必须流向某个地方。 这种恒星的 “原材料” 是什么样子？ 你会如何发现它，特别是如果它还不是恒星的形式并且无法产生自身能量的时候？
二十世纪天文学中最激动人心的发现之一是，我们的银河系含有大量的这种 “原材料” ——恒星之间发现的气体原子或分子以及微小的固体尘埃粒子。 研究恒星之间的这种扩散物质有助于我们了解新恒星是如何形成的，并为我们提供了数十亿年前关于我们自身起源的重要线索。
- 20.1: 星际介质
- 银河系中约有15％的可见物质是气体和尘埃的形式，是新恒星的原材料。 这种星际物质中约有99％是气体的形式——单个原子或分子。 星际气体中最丰富的元素是氢气和氦气。 大约1％的星际物质是固体星际尘粒的形式。
- 20.2: 星际气体
- 星际气体可能是热的也可以是冷的。 在热恒星附近发现的气体通过荧光发光，也就是说，当电子被离子捕获并级联到较低能量水平时，就会发出光。 星际空间中的大多数氢气都没有被电离，最好通过对21厘米线进行无线电测量来研究。 星际空间中的一些气体温度为一百万度，尽管它在炎热的恒星中距离很远。
- 20.3: 宇宙尘埃
- 星际尘埃可以被探测到：（1）当它阻挡其后面恒星的光线时；（2）当它散射来自附近恒星的光时；（3）因为它使遥远的恒星看起来既红又微弱。 这些效应分别被称为变红和星际灭绝。 也可以在红外线中检测到灰尘，因为它会发出热辐射。 在银河系的飞机上发现了灰尘。
- 20.4: 宇宙射线
- 宇宙射线是以光速的90％的典型速度穿越星际空间的粒子。 宇宙射线中最丰富的元素是氢和氦原子核，但也发现了电子和正电子。 许多宇宙射线很可能是在超新星冲击中产生的。
- 20.5: 宇宙物质的生命周期
- 星际物质不断流经银河系，并从一个阶段转变为另一个阶段。 同时，通过从银河系外空间积聚而不断向银河系中添加气体，而质量则通过被锁定在恒星中而从星际介质中移除。 反过来，当恒星进化和死亡时，恒星中的一些质量会返回星际介质。
- 20.6: 太阳周围的星际物质
- 太阳位于名为 Local Fluff 的低密度云的边缘。 太阳和这片云位于局部气泡内，该区域距离太阳延伸至至少 300 光年，其中星际物质的密度极低。 天文学家认为，这个气泡是由附近的一些恒星吹起的，这些恒星经历了强风和一些超新星爆炸。
缩略图：这张照片由哈勃太空望远镜拍摄，显示了年轻的星团 NGC 3603 与它最近形成的气云相互作用。 星团中明亮的蓝色星星在气云中吹出了气泡。 在画面的右下角可以看到这片云的残留物，它们在照亮它的星光下会发光。 在较暗的部分，不受NGC 3603的刺眼光的影响，新的恒星继续形成。 尽管 NGC 3603 的恒星直到最近才形成，但其中最大的恒星已经死亡并弹出其质量，从而产生了在图像左上角可见的蓝环和条纹特征。 因此，这张照片显示了恒星的整个生命周期，从星际气体形成到主序列上的生命，再到死亡和恒星物质返回星际空间。 （来源：美国宇航局、沃尔夫冈·布兰德纳（JPL/IPAC）、Eva K. Grebel（华盛顿大学）、朱友华（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）对作品的修改）