分子雲

分子雲（molecular cloud），是星際雲的一種，它的密度和大小允許分子──最常見的是氫分子(H₂)──的形成。 它的密度高到可以開始產生分子。

通常分子雲只發射出無線電波長的電磁輻射，而分子雲的發現和研究也都是在這個波段進行。

基本介紹

• 中文名：分子雲
• 外文名：molecular cloud
• 分類：星際雲
• 溫度典型值：20K

簡介

它是星際分子集結的區域。觀測表明，雖然有些星際分子， 如 CO，幾乎散布在所有的天區，但大多數星際分子集結成團，形成分子雲。分子雲通常是暗的，在光學波段看不見 ，溫度典型值為20K，平均密度10^2～10^4個分子每立方厘米，中央的密度可達10^6個分子每立方厘米，質量一般為 10^4 ～10^7太陽質量 ，雲內有足夠的塵埃禁止星光中的紫外線，使分子免遭破壞 。

分子雲

在獵戶星雲後面有一個巨大的分子雲，它是離太陽最近的分子雲之一，由小而密的核心以及延伸的低密度雲兩部分組成。前者的直徑為0.15秒差距，密度為 10^5個分子每立方厘米，質量為5個太陽質量；後者的直徑至少為 10秒差距，極大密度為10^3個分子厘米，質量達10^4太陽質量。被認為是正在形成的恆星的BN天體就在獵戶分子雲中間，BN 天體附近還有另一個紅外源，可能也包括年輕恆星或者正在形成中的恆星。

類型

巨分子雲(GMCs)

巨分子雲是大量分子氣體的集合體，質量介於10^4–10^6倍太陽質量。雲氣的直徑可以達到數十個秒差距，密度則在每立方厘米10^2–10^3個粒子(在太陽附近是平均每立方厘米一個粒子)。在這些雲氣內的次結構有複雜的形式，包括絲狀體、片狀、氣泡和不規則的團塊等。

密度最高的絲狀體和團塊部分稱為“分子雲核”，而密度最高的分子雲核，就稱為“稠密分子雲核”，密度可以高達每立方厘米10^4–10^6個粒子。在觀測上，可以用一氧化碳搜尋分子雲核，用氨搜尋稠密分子雲核。集中在分子雲核的塵埃會阻擋背景的星光，造成星際消光的效果形成暗星雲。

我們“本地”的巨分子雲通常在其所在天區的星座範圍內占有明顯的位置，因此經常會用星座命名，例如獵戶座分子雲(OMC)或是金牛座分子雲(TMC)。這些分子雲圍繞著太陽成為一個環形的陣列，稱為古爾德帶。在銀河系內質量最大的分子雲是人馬座B2，在距離銀河中心120秒差距處形成一道環。人馬座的區域含有豐富的化學元素，是天文學家在星際空間中尋找新分子的良好標本。

小分子雲

孤立的、引力束縛的，質量在數百個太陽質量以下的小分子雲稱為包克球。在這種小分子雲中密度最高的區域與在巨分子雲的分子雲核等價，因此常出現在同樣研究之中。

高銀緯彌散分子雲

在1984年，紅外線天文衛星IRAS（IRAS）證認了一種新型的彌散分子雲。 這些彌散成絲狀的雲在高銀緯的地區(離開銀河盤面的空間)可觀測到，雲氣中每立方厘米大約有30顆粒子。

過程

恆星形成

據我們所知，在目前的宇宙中，新誕生的恆星完全都是在分子雲中被製造出來的， 這是它們在適當的低溫和高壓下的自然結果，因為導致塌縮的引力可以超出抗拒塌縮的內部壓強。

觀測證據也表明，巨大的、正在形成恆星的雲在很大程度上是被它們自身的引力束縛的(如同恆星、行星和星系)，而不是由外部壓力束縛(像地球大氣層中的雲彩那樣)。這證據源於從一氧化碳(CO)譜線寬度推測出的湍流速度與軌道速率成比例（維里定理）。

物理性質

分子雲的物理性質很難理解並且仍有爭議，它們的內部運動由寒冷和磁化氣體的湍流所控制。大質量分子雲湍流的運動遠超過音速，但是可與磁場擾動的速度相比。

這種狀態被認為會迅速失去能量，不是會整體塌縮就是具有穩定的能量回輸。同時，在分子雲大部分的質量形成恆星之前，它們也會被一些過程瓦解──最可能是大質量恆星的作用。

分子雲，特別是巨分子雲通常也是天體脈澤(astronomical masers)的來源。

出現場所

在我們自己的銀河系中，分子氣體在星際介質中占不到百分之一的體積，但它依然是在太陽環繞銀河中心公轉軌道以內最密集，並且占有大約一半質量的氣體。這些分子氣體大多在距離銀河中心3.5至7.5千秒差距的環形區域中(太陽距離中心大約是8.5千秒差距)。

對本星系的大尺度一氧化碳成圖表明，這種氣體出現的位置和本星系的旋臂相關。這些分子氣體主要出現在旋臂上，表明分子雲形成和消散的時間應該少於一千萬年，因為這是物質穿越旋臂所要花費的時間。

在垂直方向上，分子氣體位於厚度大約在50–75 秒差距的狹窄的銀河盤面中層，比同屬於ISM的溫暖的原子云(Z=130-400pc)和熱的電離氣體(Z=1000pc)薄許多。在電離氣體的空間分布中，電離氫區的分布是一個例外。電離氫區是在分子雲中被年輕的大質量恆星強烈輻射激發所形成的熱離子氣泡，在垂直方向上分布的厚度與分子氣體相近。

分子氣體的在大尺度上的分布是平滑的，但小尺度上的分布極不規則，大多集中於孤立的分子雲和分子雲複合體之中。

最新研究

2012年9月7日，日本天文學家觀測到一個巨大的分子氣體雲，外形酷似豬尾巴，距地球3萬光年。天文學家認為這個分子雲由兩個分子雲撞擊而成，也因此呈現出奇異的外形。基於這種外形，天文學家將其命名為“豬尾巴分子雲”。太空中的分子雲就像是一個託兒所，能夠孕育出恆星。

巨大的豬尾巴分子雲，距地球3萬光年

豬尾巴分子雲是由慶應義塾大學物理系的二年級博士生松村申智和副教授岡明友治發現的。分子雲經常發生撞擊，但像豬尾巴分子雲這樣擁有奇特外形的非常少見。這兩位發現者表示他們相信兩個巨大分子雲之間形成一個磁管道，在摩擦接觸時扭曲和擠壓，形成一個螺旋結構。研究結果顯示分子雲被螺旋磁管道捕 獲，形成獨特的豬尾巴形狀。

在距離銀河系中央600光年的範圍記憶體在大量分子雲，這種雲能夠孕育出恆星。這些分子雲密集度不斷提高，環繞銀河系核心運轉。在兩個分子雲遠處，日本科學家發現了兩個沿著閉合橢圓形軌道運行的分子雲，交匯時經常發生撞擊。隨著密集度的提高，這些巨大的氣體結構最終孕育出新恆星。

氣體在分子雲彼此相撞時被壓縮，形成奇異的外形。在日本國立天文台野邊山射電天文台，松村申智和岡明友治藉助NRO45米望遠鏡發現了這個奇異的分子雲，它的長度和寬度均為60光年左右，將在未來的某一天孕育出恆星。

分子雲由兩個巨型分子雲相撞形成

松村申智表示：“為了揭開豬尾巴分子雲的謎團，我們對6種分子的旋轉光譜線進行了高解析度分光鏡觀測。這些分子是了解其物理特徵的線索。在後續觀測獲取的 數據中，豬尾巴分子雲呈現出清晰而美麗的螺旋結構，讓我們感到非常吃驚。數據顯示豬尾巴分子雲擁有大量氣體，是太陽的數十萬倍。”