气体盘

氢原子21厘米线与一氧化碳2.3毫米线的观测结果显示，银河系中平面外围绕着一层薄薄的气体。这层气体距离银心大约4千秒差距，以接近圆周运动的速度移动。一氧化碳比氢原子更向中心集中，也更不均匀。它也更集中于中平面，大多数在中平面大约40秒差距的范围内，而氢原子则分布在大约100秒差距内。

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有时，星际物质会被巨大的爆炸吹开。我们将在第三章的“恒星爆发”一节谈论这种爆炸的天体（超新星）。现在，我们只考虑爆炸对星际气体的影响。

超新星会以几千千米每秒的速度喷射一到数个太阳质量的物质。喷射气体的动能约为10 ⁴⁴ 焦。相较之下，太阳在过去46亿年中辐射的能量也不到6×10 ⁴³ 焦，可见那个能量有多么巨大。

超新星喷射的第一批气体猛撞到四周原本静止的气体上，将它们挤压、加热，引发振动。这自然会减慢喷射气体的速度，于是它们又被超新星后续喷射的气体撞击。此时第一批气体变慢、受压、受热，因此，超新星周围形成了一层由压缩气体构成的不断膨胀、又厚又热的壳层。壳层内外由速度不连续的气体分隔：在外它撞向静止的气体，在内它使超新星喷射的气体减速。

随着壳层扫过越来越多的星际气体，它也因膨胀而冷却。如果它在长时间内不受干扰地膨胀，温度就会最终降低到辐射冷却比内外激波加热还快的程度。周围气体的密度越高，就越快达到这种情况，因为壳层的光度正比于密度与质量的乘积。

在第三章的“恒星的形成”一节，我们会看到恒星在星团中形成，所以超新星标志着大质量星团的终点。因此，在前一颗超新星的膨胀壳层的低密度区域内，往往会发生第二次超新星爆发。第二次爆发的壳层会在低密度区域快速膨胀，与第一次爆发的壳层融合。这就形成了 超新星泡 ，它会在膨胀过程中继续催生后续的超新星。猎户座有一块恒星生成活动十分活跃的区域，那里会定期发生超新星爆发，它们推动着一块氢原子墙，以超过100千米每秒的速度向我们靠近——这道墙被称为 猎户座 斗篷 。

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一些超新星推动着高速氢原子壳层远离银河系中平面，并将气体推到银河系引力场中远离盘面的轨道上。其实，银河系的氢原子大约有10%在距离银道面1千秒差距之外。这些气体最终会回到银道面，因此有人说超新星推动着一座 银河喷泉 。

这样的一层冷气体进入轨道后，超新星喷射的气体便有了冲出银河系的通道。这些气体十分炽热，电子很难与离子结合，因此气体由自由带电粒子组成。我们将这种气体称为 等离子 体 。在银河系的一生中，这很可能是个重大过程，星系际空间也充满了超新星的喷射物。

如果到处都在不断地形成恒星，那么相邻的超新星泡就会重叠。尽管我们认为银河系平均50年才会发生一次超新星爆发，但超新星泡却在不断重叠，充满了大部分星际空间，将越发致密的星际气体挤压在泡与泡之间狭窄的空间里。理想气体的压强（ P ）、密度（ n ）和温度（ T ）遵循波义耳定律： P =常量× nT 。星际气体中热气体施加的压强与冷气体的大致相当，因此，虽然星际气体的温度从20开到2×10 ⁶ 开不等，但它的温度和密度的乘积 nT 仍然大致保持为常数。

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超新星将电子和离子加速到相对论能量（见第六章的“激波与粒子加速”）。粒子束沿着磁场线在星际空间中流动。每隔一段时间就会有一团相对论性的离子撞击星际气体的原子核，产生γ射线。这种现象在单位空间中的发生率大致正比于气体的密度 n ，因此，γ射线的强度是确定星际气体密度的有效方式。

至此，我们看到了恒星对星际气体的巨大影响。下面就来看看恒星是怎么运作的吧。

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