Hva Er Hydrogen Line?

December 24  by Eliza

Hydrogen linje generelt refererer til radiofrekvens utslipp av kald hydrogengass i det interstellare rom. Det er enorme mengder hydrogen som flyter rundt i vår galakse og i andre galakser. Noe av denne gassen oppvarmes av nærliggende stjerner, forårsaker den til å sende ut elektromagnetisk stråling i det synlige spektrum - med andre ord, lys. Mye av det, men er langt fra enhver kilde av varme, men er ikke desto mindre påvisbare på grunn av det faktum at det sender ut elektromagnetisk stråling ved en bølgelengde på 8,3 inches (21,1 centimeter), med radiodelen av spekteret. Dette er kjent som 21 centimeter linje, eller hydrogenlinjen, og dens eksistens ble spådd av den nederlandske astronomen Hendrik van de Hulst i 1944.

Ifølge kvanteteorien, kan elektronene i et atom bare ha visse faste energinivå, med ingenting i mellom. Det laveste energinivå som er kjent som "grunntilstanden". Elektroner kan absorbere energi, noe som får 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 den tid det tar omvendt proporsjonal med mengden av overskuddsenergi. Når en elektron faller ned et nivå, blir den ekstra energien som frigjøres som elektromagnetisk stråling med en frekvens som tilsvarer energiforskjellen mellom de to nivåer.

Frekvensen av elektromagnetisk stråling er proporsjonal med sin energi: jo større energi, jo høyere frekvensen. Dette forhold beskrives ved Plancks ligning: E = hf, hvor E er energien, er frekvensen f og h er Plancks konstant, som har en verdi på ca 6,626 * 10 -34 Joule-sekunder. Bølgelengden kan beregnes som bare lysets hastighet dividert med frekvensen. Således, når et elektron faller fra et høyere til et lavere energinivå, elektromagnetisk stråling med en bestemt, fast frekvens og bølgelengde, relatert til forskjellen i energi, vil det avgis. Denne strålingen viser som smale linjer på et emisjonsspektrum.

Hvert element har en karakteristisk, unike emisjonsspektrum som består av en serie av linjer ved bestemte bølgelengder. Hydrogen spektrale serie inneholder en rekke spektrallinjer, hvorav fire er innenfor den synlige del av spekteret. En av disse, en rød linje som kalles H-alfa, er mye brukt i astronomi for å oppdage ionisert hydrogen i stjernetåker. Disse utslippsledninger for hydrogen, kan hver betraktes som en hydrogenlinje, men begrepet refererer mer vanlig til radio utslipp som produseres av kaldt hydrogengass ved en bølgelengde på 21 cm. Dette er på grunn av en annen fysisk prosess. De samme reglene om energi, frekvens og bølgelengde fortsatt gjelder, imidlertid.

Elektroner og protoner har et kvantesprang eiendommen kjent som "spin" som kan ha to mulige retninger. Siden et hydrogenatom, består av en proton og et elektron, kan det ha to spinn i den samme retning eller i forskjellige retninger. I det førstnevnte tilfellet har atom litt mer energi, og vil til slutt falle til et lavere energitilstand ved elektron bytte sin spinn. Den ekstra energi er emittert som elektromagnetisk stråling, og siden energiforskjellen er liten, har stråle en lang bølgelengde og lav frekvens: 21 centimeter og 1420,4 MHz, henholdsvis. Den lille energien forskjellen betyr også at enhver hydrogenatom i samme-spin staten vil i gjennomsnitt ta svært lang tid - flere millioner år - for å slippe til en motsatt-spinner tilstand; Men det er så mye kald hydrogen i en galakse som til enhver tid nok hydrogenatomer vil bli emitting 21 centimeter radiobølger for disse å være synlig.

Den 21 centimeter linjen ble oppdaget i 1951 av Harold Ewen og Edward Purcell. Det har vist seg å være av avgjørende betydning i radio astronomi. Mye av vår galakse er skjult av store skyer av støv som ikke tillater lyset fra stjernene for å passere gjennom dem. Radiobølger, men ikke blir hindret av støvskyer, og siden det er en stor overflod av kald hydrogen i galaksen, er det mulig å observere og kartlegge galaksen ved hjelp av radiobølger på hydrogen linjen. Radio astronomi, ved hjelp av hydrogen linje, har gjort oss i stand til å bestemme størrelse, form og struktur av vår galakse.

Hydrogen linjen har også stor betydning for søk for Extra Terrestrial Intelligence (SETI). Det er antatt meget mulig at en teknologisk avansert sivilisasjon kan bruke denne frekvensen å forsøke å kommunisere med andre sivilisasjoner. Frekvensen har blitt brukt ikke bare for å lytte etter innkommende meldinger, men også for å sende dem. Pioneer 10 og 11 romfartøy, som er skjebnebestemt til å drive på ubestemt tid gjennom det interstellare rom, inneholde plaketter som viser hydrogen linje, dens bølgelengde, frekvens og fysikken bak det. Det representerer en måleenhet som det antas aliens kan forstå.

  • Når kald hydrogengass oppvarmes, avgir elektromagnetisk stråling i det synlige spektrum.