Прежде всего, мы получаем непосредственную информацию о свойствах межзвездных облаков.
Когда молекула излучает или поглощает энергию (это и приводит к появлению линий в оптическом или радиоспектре), меняется ее состояние. Каждая молекула вращается вокруг характерной для нее оси симметрии. Если это вращение изменяется, то молекула излучает или поглощает электромагнитные волны с длиной волны от 1 до 6 миллиметров, то есть в микроволновой области спектра.
Кроме того, входящие в молекулу атомы колеблются относительно друг друга. Если эти колебания изменяются, возникают линии поглощения или излучения в инфракрасной части спектра. А если в атомах или молекулах электроны начинают перескакивать с одной орбиты на другую, то возникает излучение или поглощение в видимой и ультрафиолетовой частях спектра.
Возьмем для примера простейшую — линейную и двухатомную — молекулу СS (рис. 4). В межзвездной среде молекула обычно имеет наименьшую электронную и колебательную энергию и может только двигаться поступательно и вращаться вокруг своей оси. Если она столкнется с другой частицей, то может изменить свое вращение, испустив или поглотив при этом фотон (квант излучения). Предоставленная затем самой себе, молекула испускает фотоны, пока не перейдет в состояние с наименьшей энергией. Время, которое она на это затратит, зависит от строения молекулы. Молекула СS успевает «успокоиться» после столкновения в среднем за 4 часа.
Принимаемое астрономами излучение молекулы СS показывает, что она находится в возбужденном состоянии. Скорее всего ее возбуждают столкновения с другими частицами. Если это так, то, зная время «успокоения», можно прикинуть концентрацию этих частиц, необходимую для удержания молекул СS в возбужденном состоянии. Рассчитано, что вблизи областей НII концентрация частиц в облаках СS должна составлять 1 000 000 частиц в см 3 .
С помощью молекул можно определять не только концентрацию, но и температуру в межзвездном облаке. Для этой цели удобнее использовать такие молекулы, которые эффективно (быстро) возбуждаются и медленно теряют энергию путем излучения. Таковы молекулы окиси углерода и аммиака. Медленно излучая свою энергию, молекула СО, например, приходит в тепловое равновесие со средой, что дает возможность определить температуру этой среды. Измеряя интенсивность излучения молекул СО, определили, что внутри больших пылевых облаков температура равна 25°К, а в молекулярных облаках, окружающих эти области, температура достигает 100°К.
Итак, излучение межзвездных молекул дает много сведений о температуре и плотности межзвездных облаков. А нельзя ли определить по излучению и химический состав облаков? Нет, нельзя. Большинство межзвездных молекул не находится в тепловом равновесии с окружающей средой, и неизвестно, какая их часть возбуждена. Самый яркий пример неравновесного состояния — космические мазеры.
