수소 라인이란?
수소 라인은 일반적으로 성간 공간에서 차가운 수소 가스의 무선 주파수 방출을 의미합니다. 우리 은하와 다른 은하계에는 엄청난 양의 수소가 떠 있습니다. 이 가스 중 일부는 근처의 별에 의해 가열되어 가시 스펙트럼, 즉 빛에서 전자기 방사선을 방출합니다. 그러나 대부분의 열원과는 거리가 멀지 만 스펙트럼의 무선 부분 내에서 8.3 인치 (21.1 센티미터)의 파장에서 전자기 방사선을 방출한다는 사실 때문에 감지 할 수 있습니다. 이것은 21 센티미터 라인 또는 수소 라인으로 알려져 있으며, 1944 년 네덜란드 천문학 자 헨드릭 반 데 헐 스트 (Hendrik van de Hulst)가 그 존재를 예측했습니다.
양자 이론에 따르면, 원자의 전자는 일정한 에너지 수준을 가질 수 있으며 그 사이에는 아무것도 없습니다. 가장 낮은 에너지 수준을 "접지 상태"라고합니다. 전자는 에너지를 흡수하여 더 높은 에너지 수준으로 "점프"할 수 있지만 조만간 더 낮은 수준으로 떨어지고 결국에는 지상 상태로 떨어집니다. 과잉 에너지의 양에 반비례하는 시간으로. 전자가 레벨을 떨어 뜨릴 때, 여분의 에너지는 두 레벨 사이의 에너지 차이에 해당하는 주파수를 가진 전자기 방사선으로 방출됩니다.
전자기 방사선의 주파수는 에너지에 비례합니다. 에너지가 클수록 주파수가 높아집니다. 이 관계는 Planck의 방정식으로 설명됩니다. E = hf, 여기서 E는 에너지, f는 주파수 및 h는 Planck의 상수이며 약 6.626 * 10 -34 줄입니다. 파장은 단순히 빛의 속도를 주파수로 나눈 것으로 계산할 수 있습니다. 따라서, 전자가 더 높은 에너지 레벨에서 더 낮은 에너지 레벨로 떨어질 때, 에너지의 차이와 관련된 특정의 고정 된 주파수 및 파장을 갖는 전자기 방사선이 방출 될 것이다. 이 방사선은 방출 스펙트럼에서 좁은 선으로 표시됩니다.
각 요소는 특정 파장의 일련의 라인으로 구성된 고유 한 고유 방출 스펙트럼을 가지고 있습니다. 수소 스펙트럼 계열은 다수의 스펙트럼 라인을 포함하며, 그 중 4 개는 스펙트럼의 가시 부분 내에 있습니다. 이들 중 하나 인 H- 알파로 알려진 적색선은 성운에서 이온화 된 수소를 검출하기 위해 천문학에서 많이 사용됩니다. 이러한 수소 방출 라인은 각각 수소 라인으로 간주 될 수 있지만,보다 일반적으로 21 센티미터의 파장에서 차가운 수소 가스에 의해 생성 된 무선 방출을 지칭한다. 물리적 프로세스가 다르기 때문입니다. 그러나 에너지, 주파수 및 파장에 관한 동일한 규칙이 여전히 적용됩니다.
전자와 양성자는 두 가지 가능한 방향을 가질 수있는“스핀”으로 알려진 양자 특성을 가지고 있습니다. 수소 원자는 하나의 양성자와 하나의 전자로 구성되므로, 같은 방향 또는 다른 방향으로 두 개의 스핀을 가질 수 있습니다. 전자의 경우, 원자는 약간 더 많은 에너지를 가지며 전자가 스핀을 스위칭함으로써 더 낮은 에너지 상태로 떨어질 것이다. 추가 에너지는 전자기 방사선으로 방출되며 에너지 차이가 작기 때문에 방사선의 파장은 길고 주파수는 각각 21 센티미터 및 1420.4MHz입니다. 작은 에너지 차이는 또한 동일한 스핀 상태에서 주어진 수소 원자가 평균적으로 반대 스핀 상태로 떨어지기까지 수백만 년이 걸리는 것을 의미한다. 그러나 은하에는 차가운 수소가 너무 많아서 한 번에 충분한 수소 원자가 21 센티미터 전파를 방출 할 수 있습니다.
21 센티미터 라인은 1951 년 Harold Ewen과 Edward Purcell에 의해 감지되었습니다. 전파 천문학에서 매우 중요한 것으로 판명되었습니다. 우리 은하의 대부분은 별의 빛이 그들을 통과하지 못하게하는 큰 먼지 구름으로 보이지 않습니다. 그러나 전파는 먼지 구름에 의해 방해받지 않으며, 은하에는 많은 양의 차가운 수소가 존재하기 때문에 수소 라인에서 무선 방출을 사용하여 은하를 관찰하고 매핑하는 것이 가능합니다. 수소 선을 이용한 전파 천문학은 우리의 은하의 크기, 모양 및 구조를 결정할 수있게 해주었다.
수소 라인은 SETI (Extra Terrestrial Intelligence) 검색에도 큰 의미가 있습니다. 기술적으로 진보 된 문명이이 빈도를 사용하여 다른 문명과 의사 소통을 시도 할 가능성이 매우 높습니다. 빈도는 수신 메시지를 수신 할뿐만 아니라 전송하는 데에도 사용되었습니다. 성간 공간을 무한정 표류 할 수있는 파이오니어 10 호와 11 호 우주선에는 수소 선, 파장, 주파수 및 그 뒤에 물리학을 묘사 한 플라크가 들어 있습니다. 그것은 외계인이 이해할 수 있다고 믿는 측정 단위를 나타냅니다.