Vad är vätelinjen?

Vätelinjen hänvisar i allmänhet till radiofrekvensutsläppen av kall vätgas i interstellärt utrymme.Det finns stora mängder väte som flyter runt i vår galax och i andra galaxer.En del av denna gas värms upp av stjärnor i närheten, vilket får den att avge elektromagnetisk strålning i det synliga spektrumet och mdash;Med andra ord, ljus.Mycket av det är emellertid långt ifrån alla värmekällor, men är ändå detekterbar på grund av det faktum att den avger elektromagnetisk strålning vid en våglängd av 8,3 tum (21,1 centimeter), inom radiodelen av spektrumet.Detta är känt som 21 -centimeterlinjen eller vätelinjen, och dess existens förutses av den nederländska astronomen Hendrik van de Hulst 1944.

Enligt kvantteori kan elektronerna i en atom endast ha vissa fasta energinivåer,med ingenting däremellan.Den lägsta energinivån kallas "marktillstånd."Elektroner kan absorbera energi, vilket får dem att "hoppa" till en högre energinivå, men förr eller senare kommer de att falla tillbaka till en lägre nivå och så småningom till marktillståndet, med den tid det tar omvänt proportionell mot mängden överskott av energi.När en elektron släpper ner en nivå frigörs den extra energin som elektromagnetisk strålning med en frekvens som motsvarar energiskillnaden mellan de två nivåerna.

Frekvensen för elektromagnetisk strålning är proportionell mot dess energi: ju större energi, desto högrefrekvensen.Detta förhållande beskrivs av Plancks ekvation: E ' HF, där E är energin, F är frekvensen och H är Plancks konstant, som har ett värde av cirka 6,626 * 10 ^-34 Joule-sekunder.Våglängden kan beräknas som helt enkelt ljusets hastighet dividerad med frekvensen.Således, när en elektron sjunker från en högre till en lägre energinivå, kommer elektromagnetisk strålning med en viss, fast frekvens och våglängd, relaterad till skillnaden i energi, att släppas ut.Denna strålning visar som smala linjer på ett emissionspektrum.

Varje element har ett karakteristiskt, unikt emissionspektrum bestående av en serie linjer vid specifika våglängder.Vätespektralserien innehåller ett antal spektrala linjer, varav fyra ligger inom den synliga delen av spektrumet.En av dessa, en röd linje som kallas H-Alpha, används mycket i astronomi för att upptäcka joniserat väte i nebuléer.Dessa utsläppslinjer för väte kan var och en betraktas som en vätelinje, men termen hänvisar vanligtvis till radioemissionen som produceras av kall vätgas vid en våglängd av 21 centimeter.Detta beror på en annan fysisk process.Samma regler för energi, frekvens och våglängd gäller dock fortfarande.

Elektroner och protoner har en kvantegenskap som kallas "spin" som kan ha två möjliga riktningar.Eftersom en väteatom består av en proton och en elektron kan den ha de två snurrarna i samma riktning eller i olika riktningar.I det förra fallet har atomen lite mer energi och kommer så småningom att sjunka till ett lägre energitillstånd genom att elektronen växlar dess snurr.Den extra energin släpps ut som elektromagnetisk strålning och eftersom energiskillnaden är liten har strålningen en lång våglängd och låg frekvens: 21 centimeter respektive 1420,4 MHz.Den lilla energiskillnaden innebär också att en given väteatom i samma spin-tillstånd i genomsnitt tar mycket lång tid och mdash;flera miljoner år mdash;att släppa till ett motsatt spinsstat;Det finns emellertid så mycket kallt väte i en galax att tillräckligt med väteatomer kommer att avge 21 centimeter radiovågor för att dessa skulle kunna detekteras.

21 -centimeterlinjen upptäcktes 1951 av Harold Ewen och Edward Purcell.Det har visat sig vara av avgörande betydelse i radioastronomi.Mycket av vår galax är dold för synen av stora dammmoln som inte tillåter ljuset från stjärnor att passera Through dem.Radiovågor hindras emellertid inte av dammmoln och eftersom det finns ett stort överflöd av kallt väte i galaxen är det möjligt att observera och kartlägga galaxen med radioutsläpp vid vätelinjen.Radioastronomi, med vätelinjen, har gjort det möjligt för oss att bestämma storleken, formen och strukturen på vår galax.

Vätelinjen har också stor betydelse för sökandet efter extra markbundet intelligens (SETI).Det anses mycket möjligt att en tekniskt avancerad civilisation kan använda denna frekvens för att försöka kommunicera med andra civilisationer.Frekvensen har använts inte bara för att lyssna på inkommande meddelanden utan också för att skicka dem.Pioneer 10 och 11 rymdskepp, som är avsedda att driva på obestämd tid genom interstellärt utrymme, innehåller plack som visar vätelinjen, dess våglängd, dess frekvens och fysik bakom den.Det representerar en mätenhet som det tros att utlänningar kan förstå.