分子云

分子云。原图链接

分子云（英语：Molecular cloud 或 Stellar nursery），是星际云的一种，主要是由气体和固态微尘所组成。分子云中存在大量尘埃和许多气体核，称为团块。如果重力足以引起尘埃和气体坍塌，则这些团块是恒星形成的开始。其规模没有一定的范围，直径最大可超过100光年，总质量可达太阳的 106 倍。

目录

概述

星际介质中最寒冷密集的分子

分子云主要以氢分子形式存在的粉尘和气体，是星际介质中最冷与最密集的云。分子云（最大的分子云被称为巨分子云）的典型温度约为10开尔文，密度高达10平方个粒子/立方公分，质量范围从几到超过一百万个太阳质量，直径从20到200帕秒。恒星的形成仅发生在分子云内，观测表明它们主要位于螺旋星系盘和不规则星系的活动区域内。

发出更长的毫米波辐射

由于分子云既冷又暗，因此我们无法在可见光下直接观察它们。较靠近的背景可能会映衬著明亮的星云或背景恒星，但大多数物体将是无法检测到的，因为通过星际消光，可以看到它们的远处明亮背景物体会变暗。但是，分子云确实会发出更长的毫米波辐射，这些辐射可以穿过星际介质而不会受到影响。就像原子中的电子只能以特定的能级存在并且在它们从一种能级转换到另一种能级时需要吸收或释放能量一样，分子只能以一定的速率旋转和振动。具体而言，当分子改变其旋转状态时，必须吸收或发射能量，且能量差较小，对应于毫米波长。

星际云

分子云是一种类型的星云，密度和大小，其中允许分子的形成，最常见的分子氢（H2）。这与星际介质的其他主要包含电离气体的区域相反。分子云主要的组成的氢分子温度大致上在10~20 K之间，平均密度约在100 个分子∕立方公分左右。分子云内部的致密核（dense cores），密度更可达到10的6次方个分子/立方公分。因为分子云的密度非常高，重力的作用较为明显，尤其致密核更是恒星星团的诞生地。分子云的规模有大有小，最大的巨分子云（giant molecular clouds, GMCs）总质量可上达10的七次方太阳质量，也就是10的34次方公吨。分子云是宇宙物质分布中一个很特殊的态，占了整体空间中不到1%，却是许多物理现象交互作用的所在。

组成物质

氢分子

氢分子很难通过红外线和无线电观测来检测，因此最常用于确定H2存在的分子是一氧化碳（CO）。在银河系中，氢分子气体在星际物质中占不到百分之一的体积，但它依然是在太阳环绕银河中心公转轨道以内最密集，并且占有大约一半质量的气体。

氢分子（H2）是分子云中最普遍的组成物质之一。根据估计，每1立方公分的分子云内大约有104个氢分子；而在物质较密集的区域（如分子云的核心），1cm3 内的氢分子则约有105个。氢分子很难被直接侦测到。通常是利用一氧化碳（CO）侦测氢分子。一氧化碳辐射的光度与分子氢质量的比例几乎是常数。

核融合合成元素

除了氢以外，分子云内亦有不少经由核融合合成出的元素。这些元素是多数恒星的主要组成物质，因此分子云同时也是恒星——甚至是行星系的诞生场所，如太阳系就是其一。

出现场所

在银河系中，分子气体在星际物质中占不到百分之一的体积，但它依然是在太阳环绕银河系中心公转轨道以内最密集，并且占有大约一半质量的气体。这些分子气体大多在距离银河中心3.5至7.5千秒差距的环形区域中（太阳距离中心大约是8.5千秒差距）。对本星系的大尺度一氧化碳成图表明，这种气体出现的位置和本星系的旋臂相关。这些分子气体主要出现在旋臂上，表明分子云形成和消散的时间应该少于一千万年，因为这是物质穿越旋臂所要花费的时间。

氢游离区

在垂直方向上，分子气体位于厚度大约在50–75秒差距的狭窄的银河盘面中层，比同属于ISM的温暖的原子云（Z=130-400pc）和热的游离气体（Z=1000pc）薄许多。在游离气体的空间分布中，氢游离区的分布是一个例外。氢游离区是在分子云中被新生成的大质量恒星强烈辐射激发所形成的热离子气泡，在垂直方向上分布的厚度与分子气体相近。分子气体的在大尺度上的分布是平滑的，但小尺度上的分布极不规则，大多集中于孤立的分子云和分子云复合体之中。分子气体的在大尺度上的分布是平滑的，但小尺度上的分布极不规则，大多集中于孤立的分子云和分子云复合体之中。

类型

巨分子云

分子云，特别是巨分子云，通常也是天文物理迈射（astronomical masers）的来源。巨分子云（GMCs）是大量分子气体的集合体，质量介于104–106倍太阳质量。云气的直径可以达到数十个秒差距，密度则在每立方公分102–103个粒子（在太阳附近是平均每立方公分一个粒子）。在这些云气内的次结构有复杂的形式，包括丝状体、片状、气泡和不规则的团块等。

分子云核

密度最高的丝状体和团块部分称为“分子云核”，而密度最高的分子云核，就称为“稠密分子云核”，密度可以高达每立方公分104–106个粒子。在观测上，可以用一氧化碳搜寻分子云核，用氨搜寻稠密分子云核。集中在分子云核的尘埃会阻挡背景的星光，造成星际消光的效果形成暗星云。

巨分子云通常在其所在天区的星座范围内占有明显的位置，因此经常会用星座命名，例如猎户座分子云（OMC）或是金牛座分子云（TMC）。这些分子云围绕著太阳成为一个环形的阵列，称为古尔德带。在银河系内质量最大的分子云是人马座B2，在距离银河中心120秒差距处形成一道环。人马座的区域含有丰富的化学元素，是天文学家在星际空间中寻找新分子的良好标本。

小分子云

孤立的、引力束缚的，质量在数百个太阳质量以下的小分子云称为包克球。在这种小分子云中密度最高的区域与在巨分子云的分子云核等价，因此常出现在同样研究之中。

高银纬弥散分子云

在1984年，红外线天文卫星（IRAS）认证了一种新型的弥散分子云。这些弥散成丝状的云在高银纬的地区（离开银河盘面的空间）可观测到，云气中每立方公分大约有30颗粒子。

过程

分子云创造恒星

目前宇宙新诞生的恒星完全都是在分子云中被制造出来的，这是它们在适当的低温和高压下的自然结果，因为导致塌缩的引力可以超出抗拒塌缩的内部压强。观测证据也表明，巨大的、正在形成恒星的云在很大程度上是被它们自身的引力束缚的（如同恒星、行星和星系），而不是由外部压力束缚（像地球大气层中的云彩那样）。这证据源于从一氧化碳（CO）谱线宽度推测出的湍流速度与轨道速率成比例（均功关系）。

物理性质

分子云的物理性质很难理解并且仍有争议，它们的内部运动由寒冷和磁化气体的湍流所控制。大质量分子云湍流的运动远超过音速，但是可与磁场扰动的速度相比。这种状态被认为会迅速失去能量，不是会整体塌缩就是具有稳定的能量回注。同时，在分子云大部分的质量形成恒星之前，它们也会被一些过程瓦解──最可能是大质量恒星的作用。