什么是星际介质？

        星际介质主要由气体和尘埃两部分组成。多数情况下，星际气体的元素丰度和其他天体非常类似，大部分气体（大约90%以上）都是氢原子或氢分子，还有大约9%为氦，剩下为重元素。我们对于星际尘埃并不是很了解，一些红外波段观测的证据显示，星际尘埃中包括硅酸盐，石墨和铁以及“脏冰”（由水、冰和氨、甲烷以及其他化合物组成的混合物）。

  星际介质有两个重要的性质：消光 和 红化。接下来，我将为大家阐述这两个性质的成因。

        与红色的发射星云相对应的，是蓝色的反射星云。这是因为反射星云中的尘埃颗粒将其中发出的恒星光散射了，因而看起来偏蓝。发射星云是因为气体中心或附近的恒星在星云里产生了大量的紫外辐射。随着紫外光子从恒星向外逃逸，他们会紧接着电离周围的气体，电子跟原子核复合后便会发射出可见光，使得气体云发光，有气体云中以氢元素居多，其中氢原子辐射发出的光子处于电磁波短的红谱，所以看起来偏红;反射星云更多的是因为发出的可见光被星云的尘埃带散射而产生的。

        反射星云是靠反射附近恒星的光线而发光的，由于散射对蓝光比对红光更有效率（这与天空呈现蓝色和落日呈现红色的过程相同），所以反射星云通常都是蓝色。

        如果气体尘埃星云附近没有亮星，则星云将是黑暗的，即为暗星云。暗星云的密度足以遮蔽来自背景的发射星云或反射星云的光（比如马头星云），或是遮蔽背景的恒星。虽然暗星云既不发光，也没有光供它反射，但是能够吸收和散射来自它后面的光线，因此可以在恒星密集的银河中以及明亮的弥漫星云的衬托下发现它们的踪迹。

        星际泡，指的是星际空间中某些区域极度稀薄，且有比发射星云温度还高的气体。空间望远镜的紫外观测发现了这些被极度加热的星际“气泡”，它们组成了云际之间的介质，并且体积巨大。这些高温气体很可能是由很早以前爆发的恒星留下的残留物急剧扩散形成的。这些区域的温度很高，但是比较暗，因为它们的物质密度极低。

        我们的太阳系就处在这样一处低密度空间内，这一空间围绕在我们周围，被称为“本地泡（本星系泡）”。本地泡约包含20w颗恒星，尺度约100pc。本星系泡很有可能是由很久以前的超新星爆发形成的，爆发的能量加热了周围的星际气体，并将这些气体驱逐出太阳系的近邻区域。

        发射星云和星际泡只是星际介质中很小的一部分。事实上，宇宙中绝大部分空间（约80%以上）都是虚空，那里没有恒星的存在，只有无尽的寒冷（温度大概只有100K）和黑暗。然而，在这黑暗的虚空之中，也潜藏着另一类天体——暗尘埃云。暗尘埃云比周围的环境温度还要低（低至几十开尔文），密度却比周围高出几千到几百万倍，因此也被称为“致密星际气体云”。

        中性氢21厘米谱线是研究星际中性氢原子分布、银河系和河外星系结构的重要手段，这能够探测宇宙空间中任意一处冷的、中性星际介质气体自身辐射，这种方法依赖于星际气体本身产生的低能量辐射。

        那么，21cm谱线是怎么产生的呢？宇宙中所有物质都倾向于达到可能的最低能态，包括星际介质。被轻微激发的氢原子处于电子质子自旋方向相同的状态，并会退回至自旋相反的基态，释放一个光子，光子能量等于上述两状态的能量差。

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