水素ラインとは何ですか？

水素線とは、一般に、星間空間における冷水帯ガスの無線周波数排出を指します。私たちの銀河や他の銀河には、膨大な量の水素が浮かんでいます。このガスの一部は、近くの星によって加熱され、目に見えるスペクトルの電磁放射、つまり光を放出します。しかし、その多くは熱源からはほど遠いものですが、それでもスペクトルの電波内で8.3インチ（21.1センチメートル）の波長で電磁放射を放出するという事実のために検出可能です。これは21センチメートルラインまたは水素線として知られており、その存在は1944年にオランダの天文学者ヘンドリックヴァンデハルストによって予測されました。最低のエネルギーレベルは「基底状態」として知られています。電子はエネルギーを吸収し、より高いエネルギーレベルに「ジャンプ」しますが、より早くまたは、後で、彼らはより低いレベルに戻り、最終的には基底状態に戻り、過剰なエネルギーの量に反比例する時間がかかります。電子がレベルを下げると、余分なエネルギーは、2つのレベルのエネルギー差に対応する周波数を持つ電磁放射として放出されます。

電磁放射の周波数はそのエネルギーに比例します。エネルギーが大きいほど周波数が高くなります。この関係は、Planckの方程式：E = HFで説明されています。ここで、Eはエネルギー、Fは周波数、HはPlanckの定数です。波長は、単に光の速度を周波数で割ったものとして計算できます。したがって、電子がより高いエネルギーレベルから低いエネルギーレベルに低下すると、特定の固定周波数と波長を伴う電磁放射、関連する関連エネルギーの違いに、放出されます。この放射線は、排出スペクトルの狭い線として表示されます。

各要素には、特定の波長の一連の線で構成される特徴的で一意の排出スペクトルがあります。水素スペクトルシリーズには、多くのスペクトルラインが含まれており、そのうち4つはスペクトルの可視部分内にあります。これらの1つであるH-alphaとして知られる赤い線は、星雲のイオン化水素を検出するために天文学でよく使用されています。水素のこれらの排出ラインはそれぞれ水素系統と見なすことができますが、この用語は通常、波長で冷たい水素ガスによって生成される電波放出を指します 21センチの。これは、物理的なプロセスが異なるためです。ただし、エネルギー、周波数、波長に関する同じルールがまだ適用されます。

電子と陽子には、2つの可能な方向を持つことができる「スピン」として知られる量子特性があります。水素原子は1つのプロトンと1つの電子で構成されているため、SAMに2つのスピンを持つことができますe方向または異なる方向。前者の場合、原子はわずかに多くのエネルギーを持ち、最終的には電子がスピンを切り替えることで低エネルギー状態に低下します。余分なエネルギーは電磁放射として放出され、エネルギーの差は小さいため、放射はそれぞれ長い波長と低周波数です：それぞれ21センチメートルと1420.4 MHz。また、小さなエネルギーの違いは、同じスピン状態の特定の水素原子は、平均して、反対側の状態に落ちるまでに非常に長い時間（数百万年）かかることを意味します。ただし、銀河には非常に多くの冷たい水素があり、いつでも十分な水素原子が21センチメートルの電波を放出して、これらを検出できるようにします。

21センチメートルのラインは、1951年にハロルド・エウェンとエドワード・パーセルによって検出されました。それは、電波天文学において非常に重要であることが証明されています。私たちの銀河の多くは、星からの光を許さない大きな粉の雲によって見えないように隠されていますそれらを通り抜ける。ただし、無線波はほこり雲によって妨げられておらず、銀河には非常に豊富な冷たい水素があるため、水素ラインでの電波排出量を使用して銀河を観察してマッピングすることができます。水素ラインを使用した電波天文学により、銀河のサイズ、形状、構造を決定することができました。

水素ラインは、エクストラ地球の知能（SETI）の検索にも非常に重要です。技術的に高度な文明がこの頻度を使用して他の文明とのコミュニケーションを試みる可能性が非常に高いと考えられています。頻度は、着信メッセージを聞くだけでなく、送信するためにも使用されています。パイオニア10および11の宇宙船は、星間空間を通して無期限に漂流するように運命づけられており、水素ライン、その波長、その周波数、およびその背後にある物理学を描いたプラークが含まれています。それは、エイリアンが理解するかもしれないと信じられている測定単位を表しています。