The advancements of astrochemistry models of molecular clouds

天体化学是一门天文、物理与化学的交叉性前沿学科, 其结合了天文观测、实验室化学与数值模拟等方面, 在近几十年来成果丰硕. 天体化学模型作为其中的一个主要方面, 在人们理解星际分子云中分子的物理和化学形成机制上起到关键作用. 本文介绍了天体化学模型的发展过程、数值模拟方法与程序, 探讨了在物理和化学机制方面取得的最新进展. 本文对天体化学模型的数值方法、天体化学数据库和数值模拟程序等基础方面进行了介绍, 并着重介绍了速率方程方法和蒙特卡罗数值方法的基本原理. 结合天文观测数据, 以典型代表性分子为例(如 CO、${\rm~NH_3}$、OCS和有机分子等), 本文阐述了天体化学模型在分子吸附和解吸附、硫元素的主要分子形式和尘埃冰成分, 以及复杂有机分子形成等方面取得的成果和不足. 以典型分子云TMC-1中丰富的分子观测丰度数据为观测分子的样本, 本文将其与包含有同位素分子的天体化学模型结果进行了比较, 展示了模型与观测之间的符合度, 并探讨了观测与模型间存在的差异和提升空间. 最后, 本文探讨了机器学习在天体化学模型方面的发展与应用. 随着天文观测技术和设备的不断升级、模型和数值计算算法的不断更新, 以及实验室测量数据的不断完善, 分子云内天体化学模型的研究将迎来很大发展.