Средняя температура облаков нейтрального водорода Ts ~ 125 K. Однако исследования линий поглощения HI конца 1960–начала 1970-х гг. привели к пересмотру Ts нейтрального водорода и вообще пересмотру взглядов на структуру межзвездной среды. Выше упоминалось о наблюдениях линий 21 см в близких направлениях: на фоне источников радиоконтинуума в поглощении и рядом, на чистом небе , в излучении. Пусть Tb – яркостная температура на частоте линии в направлении на фоновой радиоисточник, Tb¢ – яркостная температура на частоте линии в точке неба рядом с фоновым источником, T0 – температура в континууме источника на частоте рядом с линией. Тогда на фоне континуума источника наблюдается линия поглощения глубиной

т.е. профили излучения и поглощения должны быть зеркально симметричны. Зачастую это не выполняться. Раньше объясняли этот факт тем, что излучение и поглощение происходят в разных облаках газа. Однако различие можно объяснить также вариациями Ts в межзвездной среде. На практике встречаются два варианта:

1) эмиссия рядом с источником слабая, но поглощение в направлении на источник сильное, t >> 1; как видно из формулы, в этом случае Ts = Tb ® Ts < 125 K (до 30 K);

2) слабое поглощение (t ~ 0.03), но эмиссия рядом с источником неожиданно сильная; при t << 1  K; таким образом были обнаружены области с Ts ³ 1000 K.

По современным представлениям, атомарный водород в Галактике существует в форме плотных (nH ~ 1–4 см–3) холодных (T ~ 80–150 K) облаков. В промежутках между облаками газ имеет T ~ 5000–6000 K и nH ~ 0.1 см–3, нагрев производится мягкими космическими лучами. При этом плотные и холодные облака по давлению находятся в равновесии с горячим межоблачным газом. Облака и межоблачная среда – два фазовых состояния нейтрального водорода. Возможен фазовый переход – испарение облаков, и наоборот – конденсация облаков из горячей межоблачной среды.

Проводились работы по поиску корреляции излучения 21 см с пылью и с излучением в линии молекулы CO. По-видимому, есть антикорреляция: в наиболее плотных облаках водород может быть в молекулярной форме.

Высокоскоростные облака HI. Имеют большие отрицательные Vr (до –200 км/с), наблюдаются на высоких галактических широтах. Вероятнее всего, облака находятся в гало Галактики. Возможная интерпретация: межгалактический водород, падающий на плоскость Галактики, или газ, выброшенный из ядра Галактики и теперь падающий на ее плоскость.