我们居住其中的银河系是如此巨大，其中包含的像太阳一样的恒星就有1000亿颗。但是和整个宇宙相比，银河系就像是沧海一粟。宇宙是浩瀚无边的，无数恒星、星系和星系团分布其中，像是海洋中点缀的小岛。以我们的银河系为例，虽然其中有超过1000亿颗恒星，但是两颗恒星之间的平均距离能够达到12亿光年。在这样广阔的宇宙空间中，除了我们能够直接观察到的各种天体之外，是否还存在其他我们不知道的物质呢?

一、星际物质

一直到19世纪后期，大多数科学家还都认为，宇宙各天体之间的地带是真空状态，空无一物。但是到了20世纪，天文学家们发现了很多证据，证明了宇宙空间里是存在其他物质的。

德国天文学家哈特曼于1904年在猎户座的分光双星系统的光谱中，发现了一条吸收钙的光谱。在双星系统中，两颗恒星围绕着对方转动，它们的光谱理应具有周期性的多普勒唯一，但是吸收钙的这条光谱是没有变化的。没过多久，在其他类似的双星系统中也发现了类似的光谱。

在相当长的一段时间里，这种光谱被认为是双星系统中的钙元素云。但是到了1928年，美国天文学家斯特鲁维根据观测发现这些固定不变的光谱的强度，随着恒星和我们的距离变得越来越远，亮度反而越来越强。这就说明，这些光谱不是由双星系统中的钙元素造成的，而是由太阳和这个双星之间的某些物质造成的。

这是人类有史以来第一次发现了星际物质的存在。后来，人们从这些双星系统的光谱中找到了更多星际物质的谱线，证明星际物质中包括氢、钠、钙、铁等元素，这些元素的组成和太阳以及很多恒星的组成元素相似。但是，虽然一些天文学家已经发现了宇宙空间并非是真空状态，而是存在一些稀薄的气态物质。

但是通过观测来证明确实存在星际物质，并且认为这是宇宙物质的一种表现形式的，是瑞士籍美国天文学家特南普勒。他于1930年在对银河系中的恒星的亮度和温度进行观测时发现，地球上的观测者与宇宙中的天体之间，存在一种消光的现象。我们实际能够看到的天体的亮度，比它的实际亮度要低，因此计算出的距离比实际距离远。所以这能够说明，宇宙空间不是真空状态，而是到处都存在密度很低而无法被观测到的星际物质。消光现象的发现，加速了人们对星际物质的研究进程。

我们知道，恒星的表面温度决定恒星的颜色和光谱。如果两颗恒星的光谱类型相同，那么它们的颜色也应该是相同的。但是，如果两颗同样光谱类型的恒星一个距离近一些，一个远一些，那么离我们稍远的恒星看起来就要更加偏红。美国天文学家斯蒂宾于1932年第一次发现了这种现象。他认为，这体现了星际物质对光的干扰。星际物质有选择地吸收光，吸收率与光的波长成反比，也就是对红光的吸收率是对紫光吸收率的一半，所以距离越远，光看起来就越红。

天文学家还发现，在银河系中，星际物质的主要成分是星际气体和尘埃，而且分布十分不均匀。在银道面上，星际物质的密度是最大的，但是仍然不超过每立方厘米1个原子。飘浮在星际气体中的尘埃密度则更低，只相当于气体分子的十分之一，但是它们仍然能够造成消光现象和红化现象。

其实，这些星际物质的密度，比我们在地球上的实验室中制造出的真空状态的密度还要低，但是在天文观测中，这些看似微不足道的物质也能起到很大的作用，尤其是消光作用，对远距离的天文观测十分不利。而且，由于银道面上的星际物质密度很大，所以在这个方向上的消光现象是如此严重，以至于穿过银心的光线到达地球时，光照的强度只有原来的百亿分之一。所以在过去，科学家曾经一度认为我们处于银河系的中心，而且对整个银河系的尺寸的估算，比实际尺寸大了2倍。这也导致我们直到今天还无法一窥整个银河系的全貌。

二、星际分子

到了1937年，科学家们从恒星的光谱中发现了一些特殊的化学分子和吸收谱线，十分出人意料。但是后来，他们发现了事情的真相。这些分子并不存在于恒星上，而是在星际空间中飘荡。恒星发出的光在经过这些物质时，在光谱中留下了一些吸收线，证明了它们存在的痕迹。

这是人类历史上首次在宇宙空间中发现了分子，这引起了极大的轰动。因为，分子是由原子之间发生碰撞才形成的，但是宇宙物质是如此稀薄，温度也低至接近绝对零度。两个原子能够相遇的概率已经足够低了，即便它们能够碰撞并且生成分子，这些分子在宇宙中各种高能射线的辐射下，都会再次解体变为原子。所以这些分子能够顽强地生存在空间中，是非常难得的事情。

这样的分子普遍存在于星系的气体云中，这些云的密度太小，分子就不能留下明显的谱线，但是如果密度太大，又会影响光线的通过。因此，这一类发现在此后的很长一段时间里都没有再出现。

后来，射电望远镜的出现带来了新的突破。因为我们之前发现的分子留下的谱线都集中在红外段和无线电波段，所以使用射电望远镜对星际物质中的分子进行观察，能够产生很好的效果。

羟基是由一个氢原子和一个氧原子结合形成的，是一种非常活泼的化合物，在地球环境中极易与其他物质反应。但是苏联天文学家什克洛夫斯基认为，因为在宇宙空间里，物质的密度极小，所以羟基能够生存很长时间，极有可能被我们发现。到了20世纪50年代，美国天文学家唐斯计算出了空间可能存在的17种分子的波长。1963年，美国科学家在使用射电望远镜观测仙后座时，果然发现了羟基分子的谱线。这个发现成了人类探测星际分子的开端。

唐斯等科学家再接再厉，于1968年再次发现了氨分子和水分子。1969年，施耐德教授发现了甲醛分子，这是人类第一次在宇宙空间中发现有机分子。这些发现都大大提高了天文学家对星际分子探索的积极性，很多射电望远镜都开始被用来开展这项研究工作。在整个20世纪70年代，科学家们发现了46种星际分子，到了20世纪80年代末，累计发现的星际分子已经达到了80多种。

在所有被发现的分子中，大部分是有机分子。其中包含元素最多的分子中含有4种元素，分子量最大的为123。羟基、一氧化碳和水分子的分布十分广泛，在很多区域都有所发现。相对地，还有很多分子只能在密度很大的星云中发现存在的踪迹，还有一些星际分子是地球上没有的，在实验室中都很难存在，如氰基丁二炔、氰基辛四炔、双原子碳等。

美国伊利诺伊州立大学的天文观测小组在1996年发表了一份观测报告，报告中说，在距离我们2.5万光年的半人马座星云中，找到了醋酸分子。在过去的几十年中，人类已经陆续发现了很多醛类、醇类和脂类分子，但是还是头一次发现醋酸分子。醋酸在生命的进化中发挥了重要的作用，是产生形成生命的化学物质的关键一步。醋酸和氨发生反应，能够形成甘氨酸。这是一种氨基酸，而氨基酸又是构成蛋白质的基本组成物质。以我们在地球上的经验，一切生命的主要组成部分就是蛋白质。

宇宙空间里的星际分子经常会结合成分子云，在银河系中明亮的旋臂中大量存在。这些分子云的密度不一，从几十个天文单位到上百光年都有可能。一般来说，一个分子云的质量大约相当于数十万个太阳的质量。它们的主要组成部分是羟基、甲醛和氨分子等。但是不同类型的分子云有很大的区别。1995年，英国科学家发现了一片“酒精云”。顾名思义，其中含有大量乙醇分子，数量多到能够填满地球上的所有海洋数千次，如果酿成啤酒，能够让全人类喝上10亿年。

星际分子的发现，是20世纪最重要的天文学发现之一。对这些星际分子进行的研究，能够帮助我们更好地了解天体的演化过程、银河系的化学结构以及宇宙的化学组成部分等现象。也为我们在未来探索宇宙中的生命起源提供了宝贵的经验。地球上的生命，极有可能就是从宇宙中来，如果事实果真如此，那我们在宇宙中，就注定不再孤独。