В чем разница между газом и пылью в астрономии?

Да, металлы и другие элементы и молекулы могут существовать в газообразной форме при соответствующих условиях температуры и давления. «Газ» — это просто одно из фундаментальных состояний материи, такое как твердое , жидкое или газообразное (и несколько других состояний, выходящих за рамки этого вопроса). Но в качестве газа эти вещества существуют целиком либо в виде отдельных атомов, отдельных элементарных молекул, либо в виде отдельных составных молекул, состоящих из нескольких атомов (например, двуокиси углерода).

Пыль, с другой стороны, состоит из крошечных твердых частиц, которые подверглись более прочным межмолекулярным связям для создания таких веществ, как лед, силикаты и соединения углерода, которые плавают с различной плотностью между звездами и между галактиками. Поскольку эти частицы все еще чрезвычайно малы (обычно доли микрона в поперечнике), они могут казаться газами, но эти крошечные объекты неправильной формы все еще существуют по отдельности в твердом или жидком состоянии.

В астрономии нет формального определения порога между газом и пылью. Газ может быть одноатомным, двухатомным или молекулярным (или , в принципе, состоящим из фотонов ). Молекулы могут быть очень большими, и в принципе частицы пыли — это просто очень большие молекулы. Я видел, как разные авторы используют разные определения, начиная от$\sim100$к$\sim1000$атомы.

Это не означает, что нет четкой разницы между молекулами и пылью. У них очень разные свойства, но переход между ними не совсем четко определен.

ДОБАВЛЕНО 13.06.2018: Я сейчас на конференции по космической пыли, и 200 астрономов не смогли ответить на вопрос о пороге между большими молекулами и маленькими пылинками. Однако один из способов определить различие — посмотреть на связанные спектральные линии: молекулы излучают/поглощают и имеют определенные длины волн, тогда как пыль может излучать/поглощать в более широкой области. Но конкретного количества атомов не существует — например, фуллерен C ₅₄₀ — это очень большая молекула углерода, но если вы перетасовали его 540 атомов C в аморфный углерод, он считается пылинкой.

Газ, молекулы и пыль могут быть горячими или холодными, но если они становятся слишком горячими, более крупные частицы разрушаются при столкновениях. Таким образом, хотя молекулярное облако обычно очень холодное и состоит как из газа, так и из пыли, пыль имеет тенденцию разрушаться (хотя и не полностью) в воздухе.$\mathrm{H\,II}$областей вокруг горячих звезд в результате столкновений с другими частицами, распыления из-за столкновений с ионами, сублимации или испарения или даже взрывов из-за ультрафиолетового излучения (см., например, Гринберг, 1976 ).

Чтобы ответить на ваш последний вопрос, я не слышал термин «газ», используемый для частиц пыли, но металлы$^\dagger$и молекулы могут быть названы газом. Например,$\mathrm{Mg\,II}$газ обычно используется для обнаружения далеких галактик, а молекулярные облака содержат$\mathrm{H}_2$и$\mathrm{CO}$газ. В межзвездной среде примерно 2/3 металлов находятся в газовой фазе, а 1/3 — в пыли.

$^{^\dagger}$^{«Металлы» в астрономическом смысле, то есть все другие элементы, кроме водорода и гелия.}

Могу только добавить к отличному ответу Роберта, что частицы межзвездной пыли, очень похоже на сигаретный дым в воздухе, висят в межзвездном газе и взаимодействуют с ним как кинематически (увлекается за собой в зависимости от размера частиц), так и энергетически (обмениваются тепла, что может привести к значительному охлаждению газа). Частицы пыли также взаимодействуют с (звездным) излучением и могут испаряться за счет высокоэнергетического излучения, но также могут расти за счет конденсации из окружающего газа.

Все более крупные твердые астрономические объекты (планеты, астероиды и т. д., но не остатки звезд) образовались из пыли, которая, в свою очередь, образовалась из более тяжелых элементов межзвездного газа.

Для многих астрономических целей пыль раздражает, так как она блокирует свет, в частности более короткие волны ( покраснение и затемнение света звезд), скрывая звезды, в частности, в срединной плоскости Млечного Пути. Как следствие, центр Галактики, место, представляющее большой астрономический интерес, в значительной степени невидим и может быть изучен только путем наблюдения других длин волн, кроме видимого света, в частности инфракрасного, на который почти не влияет поглощение пылью.