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我們通常認為外太空，即恆星之間的空間，是完全的真空。但現實是，雖然它比我們在地球上能創造的任何真空都更接近真空，但它遠非空無一物。星際介質 (ISM) 填充了星系中恆星之間的空間。幾乎所有的星際介質都是在早期宇宙中形成的氫和氦。其餘的是宇宙塵埃的小顆粒。
星際介質最稠密的部分是分子云，其密度足以在其中形成分子。分子氫 H2 是分子云中最常見的成分，但最近在一個特定的雲（獵戶座分子云複合體的一部分）中的一項發現揭示了另一種成分，以及天文學中一個長期問題的答案：分子氧確實存在於太空中。
氧是宇宙中第三豐富的元素。天文學家早就知道原子氧存在於太空中，儘管原子氧的量比預期的要少。到目前為止，對分子氧（兩個氧原子結合在一起，O2）的搜尋一直沒有成功。
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現在，來自加州理工學院噴氣推進實驗室的保羅·戈德史密斯和一個國際合作團隊在獵戶座星雲附近發現了分子氧。他們的論文將發表在《天體物理學雜誌》上，解釋了戈德史密斯及其同事如何使用赫歇爾望遠鏡探測到揭示分子氧存在的訊號。
當他們使用赫歇爾上的 HIFI 遠紅外儀器看到三條特定的光譜線時，他們就知道他們探測到了分子氧。這些譜線的相對強度使他們能夠估計 O2 源的溫度在 65 到 120 開爾文（-208 到 -153 攝氏度）之間。
當宇宙射線將分子氫 H2 電離，使其變成 H2+ 時，會觸發一系列最終形成分子氧的反應。然後 H2+ 與更多的 H2 反應，生成 H3+，然後 H3+ 與原子氧 O 反應生成 OH+。當 OH+ 撞擊氫分子時，反應導致生成 H2O+ 和 H3O+，它們反過來與電子結合並生成水 (H2O) 和 OH。OH 可以與原子氧反應生成 O2。（呼！）
這個漫長的反應鏈中的每一步都有一個反應速率，其中許多速率是使用實驗室測量估計的。最後一步，即產生 O2 的速率，一直是爭論的話題，但即使是最低的估計值也應該在除最冷的雲和塵埃雲之外的所有地方產生大量的分子氧。那麼為什麼之前沒有發現任何 O2 呢？
瑞典的 奧丁任務和 NASA 的 亞毫米波天文衛星 (SWAS) 兩個任務都尋找過分子氧但都失敗了。當這些任務中的每一個都發布結果表明分子氧的丰度必須低於預期時，天文學家試圖解釋為什麼會這樣。
提出的一個假設是，在低溫區域，氧氣可能會凍結在塵埃顆粒上。在塵埃顆粒的表面，它會轉化為水冰，從而對尋找氧氣的任務來說是不可見的。
天文學家意識到，當分子云中的塵埃顆粒足夠溫暖時，塵埃顆粒的表面應該釋放出鎖住氧氣的水冰。這意味著溫暖的區域應該含有更多的氧氣氣體，其中大部分以分子的形式存在。
戈德史密斯和他的同事們相信溫暖是找到氧氣的關鍵，因此將望遠鏡指向了獵戶座附近恆星正在形成的區域。他們希望恆星的形成能夠加熱周圍的氣體，使氧分子能夠獨立存在，而不是被鎖在塵埃顆粒的表面。事實一定如此，因為戈德史密斯和他的同事們找到了他們正在尋找的東西。據他們估計，在他們觀察的區域中，每百萬個氫分子就有一個氧分子。
戈德史密斯和他的同事們確信他們已經找到了分子氧，但承認關於發射源仍有待解答的問題。首先，他們沒有看到大量的氧氣，他們仍然不完全理解為什麼某些區域的氧氣比其他區域多。但這只是一個開始。
參考文獻
Paul F. Goldsmith, Rene Liseau, Tom A. Bell, John H. Black, Jo-Hsin Chen, David Hollenbach, Michael J. Kaufman, Di Li, Dariusz C. Lis, Gary Melnick, David Neufeld, Laurent Pagani, Ronald Snell, Arnold O. Benz, Edwin Bergin, Simon Bruderer, Paola Caselli, Emmanuel Caux, Pierre Encrenaz, Edith Falgarone, Maryvonne Gerin, Javier R. Goicoechea, Ake Hjalmarson, Bengt Larsson, Jacques Le Bourlot, Franck Le Petit Massimo De Luca, Zsofia Nagy, Evelyne Roueff, Aage Sandqvist, Floris van der Tak, Ewine F. van Dishoeck, Charlotte Vastel, Serena Viti, & Umut Yildiz (2011)。赫歇爾望遠鏡對獵戶座分子氧的測量，《天體物理學雜誌》 arXiv: 1108.0441v1