Hva er hydrogenlinjen?
Hydrogenlinjen refererer generelt til radiofrekvensutslippene av kald hydrogengass i interstellar rom.Det er enorme mengder hydrogen som flyter rundt i galaksen vår og i andre galakser.Noe av denne gassen blir oppvarmet av nærliggende stjerner, noe som får den til å avgi elektromagnetisk stråling i det synlige spekteret og mdash;Med andre ord, lys.Mye av det er imidlertid langt fra noen kilde til varme, men kan likevel påvises på grunn av det faktum at den avgir elektromagnetisk stråling med en bølgelengde på 8,3 tommer (21,1 centimeter), innenfor radiodelen av spekteret.Dette er kjent som 21 centimeterlinjen, eller hydrogenlinjen, og dens eksistens ble spådd av den nederlandske astronomen Hendrik van de Hulst i 1944.
I henhold til kvanteteori kan elektronene i et atom bare ha visse faste energinivåer,med ingenting i mellom.Det laveste energinivået er kjent som "grunntilstanden."Elektroner kan absorbere energi og få dem til å "hoppe" til et høyere energinivå, men før eller senere vil de falle tilbake til et lavere nivå, og til slutt til grunntilstanden, med tiden tatt omvendt proporsjonal med mengden overflødig energi.Når et elektron faller ned et nivå, frigjøres den ekstra energien som elektromagnetisk stråling med en frekvens som tilsvarer energiforskjellen mellom de to nivåene.
Hyppigheten av elektromagnetisk stråling er proporsjonal med energien: jo større energi, desto høyerefrekvensen.Dette forholdet er beskrevet av Plancks ligning: E ' HF, der E er energien, f er frekvensen og H er Plancks konstante, som har en verdi på omtrent 6,626 * 10 -34 Joule-sekunder.Bølgelengden kan beregnes som bare lysets hastighet delt på frekvensen.Når et elektron synker fra et høyere til et lavere energinivå, vil elektromagnetisk stråling med en viss, fast frekvens og bølgelengde, relatert til energiforskjellen, sendes ut.Denne strålingen viser som smale linjer på et emisjonsspekter.
Hvert element har et karakteristisk, unikt emisjonsspektrum bestående av en serie linjer med spesifikke bølgelengder.Hydrogenspektralserien inneholder en rekke spektrale linjer, hvorav fire er innenfor den synlige delen av spekteret.En av disse, en rød linje kjent som H-alfa, brukes mye i astronomi for å oppdage ionisert hydrogen i tåker.Disse utslippslinjene for hydrogen kan hver betraktes som en hydrogenlinje, men begrepet refererer mer vanligvis til radioutslippet produsert ved kald hydrogengass ved en bølgelengde av 21 centimeter.Dette skyldes en annen fysisk prosess.De samme reglene angående energi, frekvens og bølgelengde gjelder imidlertid.Siden et hydrogenatom består av ett proton og ett elektron, kan det ha de to spinnene i samme retning eller i forskjellige retninger.I det tidligere tilfellet har atomet litt mer energi og vil til slutt falle til en lavere energitilstand ved elektronet som bytter spinn.Den ekstra energien sendes ut som elektromagnetisk stråling, og siden energiforskjellen er liten, har strålingen en lang bølgelengde og lav frekvens: henholdsvis 21 centimeter og 1420,4 MHz.Den lille energiforskjellen betyr også at et gitt hydrogenatom i samme spinntilstand i gjennomsnitt vil ta veldig lang tid og mdash;flere millioner år Mdash;å slippe til en motsatt spins tilstand;Imidlertid er det så mye kaldt hydrogen i en galakse at til enhver tid vil nok hydrogenatomer sende ut 21 centimeter radiobølger for at disse kan påvises.
21 centimeter linjen ble oppdaget i 1951 av Harold Ewen og Edward Purcell.Det har vist seg å være av avgjørende betydning i radioastronomi.Mye av galaksen vår er skjult for utsikten av store støvskyer som ikke lar lyset fra stjerner passere gjennomugh dem.Radiobølger blir imidlertid ikke hindret av støvskyer, og siden det er en stor mengde kaldt hydrogen i galaksen, er det mulig å observere og kartlegge galaksen ved bruk av radioutslipp ved hydrogenlinjen.Radioastronomi, ved bruk av hydrogenlinjen, har gjort det mulig for oss å bestemme størrelsen, formen og strukturen til galaksen vår.
Hydrogenlinjen har også stor betydning for søket etter ekstra terrestrisk intelligens (SETI).Det antas veldig mulig at en teknologisk avansert sivilisasjon kan bruke denne frekvensen for å forsøke å kommunisere med andre sivilisasjoner.Frekvensen har blitt brukt ikke bare til å lytte etter innkommende meldinger, men også for å sende dem.Pioneer 10 og 11 -romfartøyet, som er bestemt til å drive på ubestemt tid gjennom interstellar rom, inneholder plakk som viser hydrogenlinjen, bølgelengden, dens frekvens og fysikken bak den.Det representerer en måleenhet som det antas at romvesener kan forstå.