[科普中国]-星际分子

简介

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20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。

解释大多数星际分子是由它们的无线电波段发射出的特征射线探测出的，也有通过可见光、红外、紫外波段光谱特征观察到的。迄今已发现50余种星际分子，其中大多数是由碳、氢、氧、氮组成的有机分子，每种分子往往不止有一条谱线，并且有几个到上百个数目不等的源区。它们分布在星际空间不同物理条件的各个区域，有些则集中于星际分子云甚至更小的源区。1

分布在银河中心区域有，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、一硫化氮、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星际分子的研究最开始是由从事天体化学研究的天文学家进行的。天体化学主要研究星际和星周分子的形成和行为，由此探索星球的演化规律。第一类星际分子CH是由Swings和Rosenfeld在1937年根据光谱分析而推断出的。之后的二十多年，由于观测手段的缺乏，科学家们只确定了两种星际分子CN和CH+。这种缓慢的进展直到20世纪60年代以后由于射电天文学的发展才有所改观。

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Last decade，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，到2004年为止，则已经超过了130余种。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。

星际分子的形成关于星际分子的形成过程及其化学演化还不十分清楚，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2。

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。

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。星际分子研究对天体演化学（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。

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。

最新报道有着枝状脊骨的星际分子

天文学家在靠近银心的气体云中探测到了异丙腈。

宇宙中存在大量的有机分子。科学现在在一片名为人马B2的巨分子云中发现了一种名为异丙腈（i-C3H7CN）的分子。这片气体云是银河系中心附近一处活动剧烈的产星区。异丙腈分子中枝状的碳原子与迄今在星际空间发现的其他任何分子都不相同。这一发现开拓了产星区化学的新前沿，并暗示了氨基酸的存在。在氨基酸分子中这样的枝状结构是关键特征。

虽然人们已经在宇宙中发现了不同的分子，不过对于地球生命来说最重要的成分——富含氢元素的含碳分子（也就是有机分子）在形成新恒星的气体云中含量最大。相关研究论文的第一作者、来自马普射电天文所的阿瑙德·贝洛什（Arnaud Belloche）说：“要了解从简单分子逐渐演变为可能形成生命的化学物质的过程，关键是要知道恒星形成过程早期有机物的形成。”

在星际空间中搜索分子的工作始于20世纪60年代，到现在为止，人们已经发现了大约180种分子。每种分子都会发出特定波长特定形态的辐射（也就是光谱），这就好像是指纹一般，可以让人们使用射电望远镜在宇宙中找到它们3。