本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点
我们通常认为外太空，即恒星之间的空间，是完全的真空。但现实是，虽然它比我们在地球上能创造的任何真空都更接近真空，但它远非空无一物。星际介质 (ISM) 填充了星系中恒星之间的空间。几乎所有的星际介质都是在早期宇宙中形成的氢和氦。其余的是宇宙尘埃的小颗粒。
星际介质最稠密的部分是分子云，其密度足以在其中形成分子。分子氢 H2 是分子云中最常见的成分，但最近在一个特定的云（猎户座分子云复合体的一部分）中的一项发现揭示了另一种成分，以及天文学中一个长期问题的答案：分子氧确实存在于太空中。
氧是宇宙中第三丰富的元素。天文学家早就知道原子氧存在于太空中，尽管原子氧的量比预期的要少。到目前为止，对分子氧（两个氧原子结合在一起，O2）的搜索一直没有成功。
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现在，来自加州理工学院喷气推进实验室的保罗·戈德史密斯和一个国际合作团队在猎户座星云附近发现了分子氧。他们的论文将发表在《天体物理学杂志》上，解释了戈德史密斯及其同事如何使用赫歇尔望远镜探测到揭示分子氧存在的信号。
当他们使用赫歇尔上的 HIFI 远红外仪器看到三条特定的光谱线时，他们就知道他们探测到了分子氧。这些谱线的相对强度使他们能够估计 O2 源的温度在 65 到 120 开尔文（-208 到 -153 摄氏度）之间。
当宇宙射线将分子氢 H2 电离，使其变成 H2+ 时，会触发一系列最终形成分子氧的反应。然后 H2+ 与更多的 H2 反应，生成 H3+，然后 H3+ 与原子氧 O 反应生成 OH+。当 OH+ 撞击氢分子时，反应导致生成 H2O+ 和 H3O+，它们反过来与电子结合并生成水 (H2O) 和 OH。OH 可以与原子氧反应生成 O2。（呼！）
这个漫长的反应链中的每一步都有一个反应速率，其中许多速率是使用实验室测量估计的。最后一步，即产生 O2 的速率，一直是争论的话题，但即使是最低的估计值也应该在除最冷的云和尘埃云之外的所有地方产生大量的分子氧。那么为什么之前没有发现任何 O2 呢？
瑞典的 奥丁任务和 NASA 的 亚毫米波天文卫星 (SWAS) 两个任务都寻找过分子氧但都失败了。当这些任务中的每一个都发布结果表明分子氧的丰度必须低于预期时，天文学家试图解释为什么会这样。
提出的一个假设是，在低温区域，氧气可能会冻结在尘埃颗粒上。在尘埃颗粒的表面，它会转化为水冰，从而对寻找氧气的任务来说是不可见的。
天文学家意识到，当分子云中的尘埃颗粒足够温暖时，尘埃颗粒的表面应该释放出锁住氧气的水冰。这意味着温暖的区域应该含有更多的氧气气体，其中大部分以分子的形式存在。
戈德史密斯和他的同事们相信温暖是找到氧气的关键，因此将望远镜指向了猎户座附近恒星正在形成的区域。他们希望恒星的形成能够加热周围的气体，使氧分子能够独立存在，而不是被锁在尘埃颗粒的表面。事实一定如此，因为戈德史密斯和他的同事们找到了他们正在寻找的东西。据他们估计，在他们观察的区域中，每百万个氢分子就有一个氧分子。
戈德史密斯和他的同事们确信他们已经找到了分子氧，但承认关于发射源仍有待解答的问题。首先，他们没有看到大量的氧气，他们仍然不完全理解为什么某些区域的氧气比其他区域多。但这只是一个开始。
参考文献
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)。赫歇尔望远镜对猎户座分子氧的测量，《天体物理学杂志》 arXiv: 1108.0441v1