Co je to vodíková linka?
Hodnogenní linie obecně odkazuje na emise rádiové frekvence chladivého plynu vodíku v mezihvězdném prostoru. V naší galaxii a v dalších galaxiích se pohybuje obrovské množství vodíku. Část tohoto plynu je zahříván blízkými hvězdami, což způsobuje, že vysílá elektromagnetické záření ve viditelném spektru - jinými slovy světlo. Hodně z toho však zdaleka není žádný zdroj tepla, ale přesto je detekovatelný kvůli skutečnosti, že vydává elektromagnetické záření při vlnové délce 8,3 palce (21,1 centimetrů), uvnitř rádiové části spektra. Toto je známé jako linie 21 centimetrů nebo vodíková linie a jeho existence byla předpovídána nizozemským astronomerem Hendrikem van de Hulst v roce 1944.
Podle kvantové teorie mohou elektrony v atomu mít pouze určité pevné energetické hladiny, mezi nimiž se mezi nimi nic. Nejnižší úroveň energie je známá jako „základní stav“. Elektrony mohou absorbovat energii a způsobit je „skočit“ na vyšší energetickou úroveň, ale dříveNebo později se upadnou zpět na nižší úroveň a nakonec do základního stavu, s časem, který je nepřímo úměrný množství nadměrné energie. Když elektron klesne na úroveň, je uvolněna další energie jako elektromagnetické záření s frekvencí, která odpovídá rozdílu energie mezi oběma úrovními.
Frekvence elektromagnetického záření je úměrná jeho energii: čím větší je energie, tím vyšší je frekvence. Tento vztah je popsán Planckovou rovnicí: E = Hf, kde E je energie, f je frekvence a H je Planckova konstanta, která má hodnotu přibližně 6,626 * 10 -34 joule-seconds. Vlnová délka lze vypočítat jako jednoduše rychlost světla dělená frekvencí. Když tedy elektron klesne z vyšší na nižší úroveň energie, elektromagnetické záření s jistou, pevnou frekvencí a vlnovou délkou, souvisí, souvisejícína rozdíl v energii bude emitován. Toto záření se ukazuje jako úzké čáry emisního spektra.
Každý prvek má charakteristické, jedinečné emisní spektrum sestávající z řady linií při specifických vlnových délkách. Série vodíku obsahuje řadu spektrálních linií, z nichž čtyři jsou ve viditelné části spektra. Jeden z nich, červená čára známá jako H-alfa, se hodně používá v astronomii pro detekci ionizovaného vodíku v mlhovinách. Tyto emisní linie pro vodík lze považovat za vodíkovou linii, ale termín obvykle odkazuje na emise rádia produkované chladným vodíkovým plynem na vlnové délce 21 centimetrů. Je to kvůli jinému fyzickému procesu. Stejná pravidla týkající se energie, frekvence a vlnové délky se však stále platí.
Elektrony a protony mají kvantovou vlastnost známou jako „Spin“, která může mít dva možné směry. Vzhledem k tomu, že atom vodíku se skládá z jednoho protonu a jednoho elektronu, může mít dvě otočení v SAME směr nebo v různých směrech. V dřívějším případě má atom atom o něco více energie a nakonec klesne do stavu s nižší energií tím, že elektron přepíná točením. Extra energie je emitována jako elektromagnetické záření a protože je rozdíl v energii malý, má záření dlouhou vlnovou délku a nízkou frekvenci: 21 centimetrů a 1420,4 MHz. Malý energetický rozdíl také znamená, že jakýkoli daný atom vodíku ve stavu stejného spinu bude v průměru trvat velmi dlouho-několik milionů let-klesnout do stavu opačného točení; V galaxii je však tolik studeného vodíku, že v každém okamžiku bude emitovat dostatek atomů vodíku 21 centimetrů, aby byly detekovatelné.
21 centimetrů byla detekována v roce 1951 Haroldem Ewen a Edward Purcell. Ukázalo se, že má v rozhlasové astronomii zásadní význam. Hodně z naší galaxie je skryto před pohledem velké mraky prachu, které nedovolují světlo z hvězdprojít je. Rádiové vlny však nejsou bráněny prachovými mraky a protože v galaxii existuje velké množství chladného vodíku, je možné pozorovat a mapovat galaxii pomocí rádiových emisí na vodíkové lince. Rádiové astronomie, pomocí vodíkové linie, nám umožnila určit velikost, tvar a strukturu naší galaxie.
Hodnogenní linka má také velký význam pro hledání extra pozemské inteligence (SETI). Je velmi možné, že technologicky pokročilá civilizace by mohla tuto frekvenci použít k pokusu o komunikaci s jinými civilizacemi. Frekvence byla použita nejen k poslechu příchozích zpráv, ale také k jejich odeslání. Kosmická loď Pioneer 10 a 11, která je určena k unášení donekonečna přes mezihvězdné prostory, obsahuje plaky zobrazující vodíkovou linii, její vlnovou délku, její frekvenci a fyziku za ní. Představuje měřicí jednotku, o které se předpokládá, že by mimozemšťané mohli rozumět.