Ποια είναι η γραμμή υδρογόνου;

Η γραμμή υδρογόνου γενικά αναφέρεται στις εκπομπές ραδιοσυχνότητας του ψυχρού υδρογόνου σε διαστρικό χώρο.Υπάρχουν τεράστιες ποσότητες υδρογόνου που επιπλέουν στον γαλαξία μας και σε άλλους γαλαξίες.Ορισμένα από αυτά τα αέριο θερμαίνονται από τα κοντινά αστέρια, προκαλώντας την εκπομπή ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας στο ορατό φάσμα mdash.Με άλλα λόγια, φως.Μεγάλο μέρος του, ωστόσο, απέχει πολύ από οποιαδήποτε πηγή θερμότητας, αλλά είναι ωστόσο ανιχνεύσιμη λόγω του γεγονότος ότι εκπέμπει ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία σε μήκος κύματος 8,3 ίντσες (21,1 εκατοστά), εντός του ραδιοφωνικού τμήματος του φάσματος.Αυτό είναι γνωστό ως η γραμμή 21 εκατοστών ή η γραμμή υδρογόνου και η ύπαρξή του προβλεπόταν από τον ολλανδό αστρονόμο Hendrik van de Hulst το 1944.

Σύμφωνα με την κβαντική θεωρία, τα ηλεκτρόνια σε ένα άτομο μπορεί να έχουν μόνο ορισμένα σταθερά επίπεδα ενέργειας,με τίποτα στο μεταξύ.Το χαμηλότερο επίπεδο ενέργειας είναι γνωστό ως "κατάσταση εδάφους".Τα ηλεκτρόνια μπορούν να απορροφήσουν την ενέργεια, προκαλώντας τους να "πηδούν" σε υψηλότερο επίπεδο ενέργειας, αλλά αργά ή γρήγορα, θα επιστρέψουν σε χαμηλότερο επίπεδο και τελικά στην κατάσταση του εδάφους, με το χρόνο που λαμβάνεται αντιστρόφως ανάλογα με την ποσότητα της υπερβολικής ενέργειας.Όταν ένα ηλεκτρόνιο πέφτει κάτω από ένα επίπεδο, η επιπλέον ενέργεια απελευθερώνεται ως ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία με συχνότητα που αντιστοιχεί στη διαφορά ενέργειας μεταξύ των δύο επιπέδων.

Η συχνότητα της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας είναι ανάλογη προς την ενέργεια της: όσο μεγαλύτερη είναι η ενέργεια, τόσο υψηλότερηη συχνότητα.Αυτή η σχέση περιγράφεται από την εξίσωση του Planck: E ' HF, όπου το E είναι η ενέργεια, F είναι η συχνότητα και το H είναι σταθερά του Planck, η οποία έχει τιμή περίπου 6,626 * 10

-34 ^{joule-seconds.Το μήκος κύματος μπορεί να υπολογιστεί ως απλά η ταχύτητα του φωτός διαιρούμενο με τη συχνότητα.Έτσι, όταν ένα ηλεκτρόνιο πέφτει από υψηλότερο σε χαμηλότερο επίπεδο ενέργειας, θα εκπέμπεται ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία με ορισμένη, σταθερή συχνότητα και μήκος κύματος, που σχετίζεται με τη διαφορά στην ενέργεια.Αυτή η ακτινοβολία δείχνει ως στενές γραμμές σε ένα φάσμα εκπομπών.}

Κάθε στοιχείο έχει ένα χαρακτηριστικό, μοναδικό φάσμα εκπομπών που αποτελείται από μια σειρά γραμμών σε συγκεκριμένα μήκη κύματος.Η φασματική σειρά υδρογόνου περιέχει έναν αριθμό φασματικών γραμμών, τέσσερις από τις οποίες βρίσκονται εντός του ορατού τμήματος του φάσματος.Ένα από αυτά, μια κόκκινη γραμμή γνωστή ως H-άλφα, χρησιμοποιείται πολύ στην αστρονομία για την ανίχνευση ιονισμένου υδρογόνου στα νεφελώματα.Αυτές οι γραμμές εκπομπής για το υδρογόνο μπορούν να θεωρηθούν ως γραμμή υδρογόνου, αλλά ο όρος συνήθως αναφέρεται στην εκπομπή ραδιοφώνου που παράγεται από ψυχρό αέριο υδρογόνου σε μήκος κύματος 21 εκατοστών.Αυτό οφείλεται σε διαφορετική φυσική διαδικασία.Ωστόσο, οι ίδιοι κανόνες σχετικά με την ενέργεια, τη συχνότητα και το μήκος κύματος εξακολουθούν να ισχύουν. Τα ηλεκτρόνια και τα πρωτόνια έχουν μια κβαντική ιδιότητα γνωστή ως "περιστροφή" που μπορεί να έχει δύο πιθανές κατευθύνσεις.Δεδομένου ότι ένα άτομο υδρογόνου αποτελείται από ένα πρωτόνιο και ένα ηλεκτρόνιο, μπορεί να έχει τις δύο περιστροφές προς την ίδια κατεύθυνση ή σε διαφορετικές κατευθύνσεις.Στην πρώτη περίπτωση, το άτομο έχει ελαφρώς περισσότερη ενέργεια και τελικά θα πέσει σε χαμηλότερη ενεργειακή κατάσταση από το ηλεκτρόνιο που αλλάζει την περιστροφή του.Η επιπλέον ενέργεια εκπέμπεται ως ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία και δεδομένου ότι η διαφορά ενέργειας είναι μικρή, η ακτινοβολία έχει μακρύ μήκος κύματος και χαμηλή συχνότητα: 21 εκατοστά και 1420,4 MHz, αντίστοιχα.Η μικρή διαφορά ενέργειας σημαίνει επίσης ότι οποιοδήποτε δεδομένο άτομο υδρογόνου στην κατάσταση της ίδιας περιστροφής θα διαρκέσει κατά μέσο όρο πολύ καιρό mdash.Αρκετά εκατομμύρια χρόνια mdash;να πέσει σε μια αντίθετη κατάσταση.Ωστόσο, υπάρχει τόσο πολύ κρύο υδρογόνο σε έναν γαλαξία που ανά πάσα στιγμή αρκετά άτομα υδρογόνου θα εκπέμπουν ραδιοκύματα 21 εκατοστών για να είναι ανιχνεύσιμα αυτά τα 21 εκατοστά.Έχει αποδειχθεί ότι έχει κρίσιμη σημασία στη ραδιοφωνική αστρονομία.Μεγάλο μέρος του γαλαξία μας είναι κρυμμένο από την άποψη από μεγάλα σύννεφα σκόνης που δεν επιτρέπουν το φως από τα αστέρια να περάσουντους.Τα ραδιοκύματα, ωστόσο, δεν παρεμποδίζονται από τα σύννεφα σκόνης και, αφού υπάρχει μεγάλη αφθονία ψυχρού υδρογόνου στον γαλαξία, είναι δυνατόν να παρατηρηθεί και να χαρτογραφηθεί ο γαλαξίας χρησιμοποιώντας εκπομπές ραδιοφώνου στη γραμμή υδρογόνου.Η ραδιοφωνική αστρονομία, χρησιμοποιώντας τη γραμμή υδρογόνου, μας επέτρεψε να προσδιορίσουμε το μέγεθος, το σχήμα και τη δομή του γαλαξία μας. Η γραμμή υδρογόνου έχει επίσης μεγάλη σημασία για την αναζήτηση για επιπλέον χερσαίο νοημοσύνη (SETI).Θεωρείται πολύ πιθανό ότι ένας τεχνολογικά προηγμένος πολιτισμός θα μπορούσε να χρησιμοποιήσει αυτή τη συχνότητα για να προσπαθήσει να επικοινωνήσει με άλλους πολιτισμούς.Η συχνότητα έχει χρησιμοποιηθεί όχι μόνο για να ακούσει τα εισερχόμενα μηνύματα, αλλά και να τα στείλετε.Το διαστημικό σκάφος Pioneer 10 και 11, τα οποία προορίζονται να παρασυρθούν επ 'αόριστον μέσω του διαστρικού χώρου, περιέχουν πλάκες που απεικονίζουν τη γραμμή υδρογόνου, το μήκος κύματος του, τη συχνότητα και τη φυσική πίσω από αυτήν.Αντιπροσωπεύει μια μονάδα μέτρησης που πιστεύεται ότι οι αλλοδαποί μπορούν να καταλάβουν.