射电天文学家揭示了星际空间构成了一个硕大的实验场。那儿有着地球上尚未知晓的化学反应。但是从特殊条件着眼，可以解释这些化学反应。人们所知的化学法则在星系间同样是正确的。
星际间空旷的空间就实验室标准而言，可谓理想的真空场。但是那儿远非一无所有、空空如也。几十年来，天文学家亦已知道星际空间含有以氢原子为主的微粒尘埃和稀薄气体。然而，早先很少有人相信分子物能存在于星际空间，其因是来自产热星球的紫外线能切断分子的化学键，使其分解为原子。
在过去的15年内，射电天文学家发现了星际空间中的小分子，而且种类并非只有一二，而是多得出奇。该发现导致了天文学研究中的革命。目前人们已发现了60多种不同的分子。从最简单和最为人熟悉的氢分子（H2）和一氧化碳（CO）到大型的、地球外的HC11N等以往实验室内鲜为人知的分子（表1）。
这些分子无疑产生于空间的化学反应。对它们的探测亦已触发了许多有关化学和天文方面颇有兴趣的课题。化学家可将星际空间视作硕大的天然实验室。他们在那儿检验通常在地球实验室内难以办到的在星际气体浓度和温度时发生化学反应的结果。由于条件不同于化学家一般处理的情况，所以毫不足奇，有些分子基因（比如OH或CH）在大气温度和密度条件下的存在是瞬息而逝的。星际空间的密度极低，主要倾向于发生不同的化学反应，产生人们相当不熟悉的重要分子。大体而言，星际分子能为化学家揭示五花八门在特异条件下发生的反应。
对天文学家而言，这些分子的辐射能反映所处空间的物理条件。它们表明星际空间是生气勃勃、令人振奋之地，是星球形成和发源之地，而且也是星球最终还其核燃烧“灰烬”的场所。近期有关分子射电辐射的研究有助于天文学家研究星球何以形成的详情细节。这种资料来自据各种分子放射出各种波长（光谱线）的射电辐射的相对强度。
多数分子的光谱线产生于分子旋转速率的变化。氢分子的碰撞可导致分子的旋转。光谱线强度的比较能反映分子受氢分子作用的强度和频率，这样就能提供有关星际气体中特殊区域的密度和温度。在这方面，检测一氧化碳分子尤有价值。就此而言，天文学家发现了星际空间不同地域的特殊条件。
射电光谱具有提供更多资料的潜力。如果了解被观察的分子物的基本化学，我们就能弄清空间相关区域中许多详细的情况。比如，这些细节包括区域中存在?相对丰富的各种各样分子、紫外线和其它射线的强度，以及高速微粒的流量。我们还能据此推测可能遇见的、但尚不为人所知的分子。为此目的，我们需建立高度复杂的数学模式以及大量的化学数据，实验化学家和理论化学家出色地应此挑战而动，许多新型化学在天文学刺激下应运而生。星际化学令人兴致剧增，很快发展为天文学中很吸引人的分支。
在低密度的星际空间，大量被测分子的形成和维持是研究中的两个问题。首先，星际空间沐浴在星光中，光照尤其多见于炽热的、释放出紫外线和可见光波长能量的星球。这种辐射的能量和强度之大，足以在约woo年内将多数分子裂解为原子。从天文角度看，一千年可谓弹指瞬息间。其次，由于这种低密度地区的原子和分子间的碰撞是偶尔罕见的，一次碰撞可产生两个反应，地球上多见的高效三分子反映在星际化学中几无作用。
庆幸的是，自然有应付该问题的对策。星际尘埃微粒构成了抗辐射的屏幕。这些小分子在星际间与气体相混杂。在密度较高的气体云中，尘埃相应较集中。在典型的星际云中，据一氧化碳射电辐射的测定发现，紫外线和可见光的强度与一般星际空间相比，会减少到后者的1%还不足。这些微粒的来源这儿不加论述，有关它们的本质目前仍有争议。我们需明了的是它们能抵御多少光线，天文学家能对其作出测定。
另一问题是寻找有效合理的反应途径。据我们的数学模式，我们必须从那些人们知道的多见于星际间的分子着手，预测一系列的反应。这一系列反应最终必须提供被观察的分子。遗憾的是，在A和B两原子间最简易的反应：
A+B→AB
通常马上转为：
AB→A+B
换言之，原子A和B通常会马上分手。我们需更杂的、一般要涉及到电离原子或分子的反应类型。
为了找到这种分子，我们可试着在某一星际云中寻觅。我们能首先假设可能见于某种类型云中的一连串重要化学反应以及反应进行的速率。任何特殊分子都经许多途径形成。以例示之，羟基团（OH）的形成经：
H3O++e-→OH+H2和H2O+hv→OH+H（其中e-为电子，hv为辐射）分子的分解可经不同的多种过程，以羟基示之：
OH+hv→O+H和OH+C+→CO+H+
如果我们知道所有这些反应的速率和协同因素，以及在某一时刻所有这些物质的量，我们就能知道此时化学基团所有形成速率以及分解速率的过程。然后也不难以接着弄清基团的量。
另外，除了平衡化学反应式外，我们还可探索化学平衡状态中可见分子物的混合，以及在平衡条件下所有物质形成和分解的情况。如果时间能允许这些反应不停地增加，此举也可得出同样的结论。事实上，这也是人们的发现所在。化学平衡较易计算，人们也乐意通过该途经得出分子物的量。
为了实施这类计算，我们必须考虑许多影响化学反应的因素。其中包括能分裂分子的辐射强度，产生电离的宇宙射线流量，星际云中分子物质的相对量等等。我们对这些参量作出科学的推测，并进行计算，然后看其得出的分子是如何与天文观察结果相比较的。然后，我们改变参量的值，来寻找观察结果改变的方式。通过此法，我们指望最终获得很好的结果。这些计算是相当复杂的。虽然我们一般喜欢较简易的化学过程，但是大型的过程涉及到两百多个分子物以及大约两千多次化学反应。鉴于其复杂性以及我们必须试验多种数值实验来确定研究、这类研究最适宜大型计算机的处理。
—旦计算机结果与特殊星际云的观察取得很好的一致性，我们就能认为取得了该星际云的“化学模式”。但是，我们不能声称已拥有该星际云成分和状态的“独特”模式。其因部分是由于观察所得出的分子物数量往往是相当不恒定的，部分是由于模式中其它参量的综合可产生类似的结果。我们仅能表明的是我们有了一种与观察相一致的模式。然而，该技术在对星际云作出合乎情理的描述方面是富有成效的。一旦得到偶然的非一致性结果，这就提示我们在所观察的气体中有着非同寻常的物理条件。
这些化学联系模式仅仅引导人们探索较简单的星际分子。对最近发现的大分子的探索又是如何呢？虽然我们关于这些化学过程的了解并未绝对正确，最近由美国北加州的艾雷克 · 霍贝斯特（Eric Herbst）和我们的研究建立的一些基本化学过程也得到了英国伯明翰的戴维德 · 史密斯（David Smith）和尼基尔 · 阿德姆斯（Nigel Adams）以及加拿大多伦多的迪斯阿德 · 鲍姆（Diethard Bohme）的出色实验的论证。这些星际云的研究为研究人员、理论学者和实验观察人员间卓有成效的相互作用提供了多项例证。
以例示之，金牛座分子云1是一孤单、寒冷、漆黑的静息尘埃云。云中含有各种各样的分子。迄今为止，射电天文学家亦已探测出其中28种不同的分子，该星际云是我们以数学方式建立模式的良好对象。英国曼彻斯特的汤姆 · 米拉（Tom Millar）和托尼 · 弗莱门（Tony Freeman）已进行了最简单的计算。他们得出的结果与尘云观察人员的结果有着惊人的相同性。我们称此相同性“出色得惊人”。其因何在？理由是我们一清二楚地明了这种模式可置许多因素而不顾。主要的问题在于该星际云是否有时间达到化学平衡状态。对该云中分子数量改变的跟踪计算显示出要达到化学平衡需时至少三千万年。在此时间内，从天文学角度着眼，有理由相信星际云中发生的事件。在这一绰绰有余的时间内，星际云衰变可使其本身重量减少，或者分解为较大的散云弥尘；或与其它星云相混以及受到星际爆炸的冲击。不过在这三千万年极其相仿的物理状态下等待化学平衡的时间内，该云层常保宁静休眠是不太可能的。这就提示还存在其它正在进行的过程。实际上，确有一种往往被忽略的、也许是至关重要的情况。这涉及到星际微粒。
当氢原子撞击微粒表面时，它们转为氢分子，氢分子进而蒸发进入周围的气体中。但是微粒的温度很低，许多其它分子都在其表面冷凝。随着时间推移，所有相撞的分子一定会凝结成尘埃粒子。这种增率短得出奇。例如在金牛座黑色尘云中，我们估计有一半气体仅需100，000年就会冷凝。据这一短时间的半衰期而言，在两、三百万年后该云层中将探测不到任何分子。分子的数量对其云层年龄来说，具有高度的敏感性。这样，我们在密度云中探测分子的事实需要某种解释——这就是目前星际化学讨论的基础。
有些研究人员申辩这种增积并非以此方法实现，还有能帮助分子脱离微粒表面和云层的排除机制。荷兰莱顿的马耶 · 格利伯格（Mayo Greenberg）和同事设想开始在微粒上积聚的分子覆层是从紫外线和宇宙射线粒子中获取能量的。这样，这种覆层含有活性基团。基团的毗连配对最终会结合。释出的能量可加热所有的微粒覆层，这就可触发其它所有基团间的反应。微爆发再将一些覆层物质送还气体中。多伦多的沃特 · 达利（Walter Duley）也曾提出进一步的设想。他认为在原子对（或原子以及分子）间的微粒表面的反应中释出足够的能量，或多或少地持续保证微粒与吸附的分子分道扬镳。这两种机理具有诱人之处，其因是它们设想了微粒表面这样或那样的反映在密度星际云中起着举足轻重的作用。威尔菲雷德 · 鲍兰德（Wilfried Boland）和泰基 · 德 · 琼尼（Teijo de Jony）也提出另—观点。他们设想云中的湍流可能经久不息地疏浚积集在微粒上的表层物质。当这些粒子抵达云层边缘时，就暴露于覆层升华的远处星球的辐射之下。
美国马利兰州的汤姆 · 哈特克斯特（Tom Hartquist）和我们探索了另一种可能。该可能认为积聚确实存在，微粒在百万年间也确实覆盖了一层可观的表层。然而，星际间震荡波最终瓦解了星云，将脆弱的覆层物质以分子和原子的形式遣回大气，显而易见，该机理意味着我们观察的分子所在的云层在近百万年中肯定经历过爆炸（哪怕是轻微的爆炸）。该观点得到一些支持。许多冷云表明具有惊人的快速气体运动，该事实可起因于爆炸。另外，这些冷云中难以估量的高浓度碳原子数可能就来自瓦解的微粒覆层物质。
在这些描绘中，哪些是正确的，还要拭目以待。但长久被人忽视的星际化学物质——微粒目前已在充当重要的角色，它将化学与云层动力学相联系，并明显影响云层的演化。然而，对于所有充任星际媒介物的微粒，仍为未解之谜。在人们尚未了解其本质前，它们的作用是不会最终显露出其真面目的。
近几年中，出现的化学和天文学这种得益匪浅的交叉作用的例证就是这种联系。天文学家对化学数据的贪求刺激了化学家作出新的努力。实际上，在星际化学问世的很短历史中，实验化学和理论化学对该刺激的反响是巨大的。化学有助于为天文学家显示深匿于分子观察中的丰富资料，并且反映出星际媒介中存在的令人振奋的条件变动，星际化学使我们得出结论：化学法则在星系间是永恒的，也许在整个宇宙中均是一致的。
[New Scientist，1985年4月11日]