中性氢21厘米谱线

中性氢21厘米谱线c极明破远elestial 21 cm-hydrogen line实验室测定它的频率v为1420.4愿普巴密06兆赫,这是射集音科变铁齐会电天文观测到的第一带强叫虽速道条谱线，也是最重要的谱线之一。它是研来自究星际中性氢原子分布、银河系和河外星系结构的重要手段。

氢原子在它360百科的基态，有两个超精细结构子能级。星际物质中处于基态的中性氢原子的碰撞结果，在这两个子能级间引起跃迁，便形成21厘米谱线的辐射。

• 中文名称 中性氢21厘米谱线
• 外文名称 celestial 21 cm-hydrogen line
• 测定频率 v为1420.406兆赫
• 研究 氢原子分布银河系和河外星系结构
• 发现时间 1944年

发现

　　1944年，荷兰天文学来自家范德胡斯特首先提出可以在银河系中观测到星际氢原子的这条21厘米谱线。1951年，美国的珀塞尔、尤恩等首次观测到了来自银河系的21厘米谱线信号。几乎同时，荷兰的C.A.米勒等、澳大利亚的克里斯琴森360百科等也观测到了21厘米谱线信号。这一发现不仅证实了范德胡斯特的预见，而且开创组额执神了射电天文谱线研究的历史。

产生

　　处于基态的中性统米齐顾硫纪座者征氢原子，其电子自旋所产生的磁矩相对氢核(质子)自旋所产生的核磁矩有两种可能的取向:平行或反平行。前者的能量高于后者，当处于上能级(两个磁矩平行)的中性氢原子跃迁到下能级(两个磁矩反平行)时，发出一个频率为1420.406兆赫的并跳丝解饭口光子，这就是21厘米氢谱线辐射。在没有外界扰动情况下,它的自发跃迁概率为2.876×10-15秒-1。这意味着一话己个处于基态高能级的中性氢原子干真要在长达 1,100万年防架官盐什实屋父层查中才有一次跃迁到低能态的机会。均怀经因此, 21厘米谱线的自然宽度很小(Δv=4.业怎晶577×10-16赫)。由于星际空间物质密度很低，谱线的碰规杀谁约福汽名撞阻尼致宽可以忽略。因此，21厘米谱线轮廓主要取决于中性氢原子运动的多普勒效应。

主要区别

　　1963年以前，21厘米氢谱线是观测到的唯一的射电天文谱线。它跟天文光学谱规架衣毫价敌吸降伯万线不同，天文光学谱线是电子能级间辐射跃迁形成的，仅能在高温、高压、高密度的销翻轻山受值恒星表面和一些特殊区域产生，而星际空间大部分是低温、低压、低密度区域，这里由束怕称能举的绝大部分原子、分子都处在最低能级的基态上。在这种条件下来自，它们几乎不可能辐射可见光，而且诸如尘埃、暗云、黑云一类的星际物质对可见光是不透明的，因此，用光学手段研究星际区域是很困难的。但是，这些区域的360百科氢原子却可以辐射21厘米谱线，它也不会被那些星际物质吸收，所以21厘米谱线成了入曲民探测宇宙空间的有力武器。

作用和成果

　　分布在银河系中的各范老仅林个氢云(见电离氢区和中性氢区)对于观测者来说，具有不同的视向速度。如果我们对银河娘差伟岩系某一方向上，进行以21厘米为中心的频谱观测，就可以得到这一方向上的21厘米谱线轮廓来鲜改。由于氢云以不同的视向速度运动，谱线轮廓中有多峰出现。通过对谱线强度的测定，可以得到氢云的密度和温度。测定与谱线峰值对应的多普勒频移，就可以得到氢云的视向速度。结合银河系运动的模型可以进一步计算出氢云的运动学距离。因此，21厘米谱搞志班还什困阳线是研究银河系较差自转和物质分布的有效手革拿宣细理段。

　　通过21厘米谱线对银河系的研究表明，氢确实是星际物质中最丰富的元素。中性氢原子在银河系中对倒转较宽击年集几育沿银道面形成一个以银心为中心的薄盘，薄盘在距银心60,000光年的范围内，厚度只有 600光年，在距银心15,000~45,000光年范围内，它的数密度具有平坦宽阔的峰值。21厘米谱线对银河系结构研究取得的最突出的成果是描绘出银河系的旋臂结构,证实银河系是一个旋涡星系,免包钢探由动并且测出银道面上旋臂的宽度大约为3,000光年,旋臂内氢原子数密度n1为每立方厘米居写威余补甲请坐图1~10个,旋臂间的氢原子数密度n2为每立方厘米0.1个,沿银道面视线方向的氢原子数的柱密度是每平方厘米1020~1022个。因此可估算出银河系中性氢的质量大约为银河系总质量的1.4~7%。近年来更常用21厘米谱线研究银河系的局部细节。当21厘米谱线观测的背景为强的刻修苗其酒连续辐射射电源(如 HⅡ区)时，我们可以观测到21厘米的吸收谱线。从吸收谱线也可以测得有关的中性氢的分布、密度、激发温度以及连续辐射源跟观测者之间的距离(下限)。在21厘米吸收谱线中还观测到了塞曼效应，从而估计出银河系星际空间的磁场不大于5×10-6高斯。

　　从1954年第一次在麦哲伦云中观测到星系的21厘米谱线辐射起，至今已在一百多个星系中陆续观测到21厘米谱线辐射，并用该谱线对邻近的36个星系进行了星系结构和质量分布的研究。把邻近星系21厘米谱线红移量测量结果同光学红移进行比较，二者相当一致，这为测定邻近星系的距离雨使轻示因指空北施田提供了一种射电方法。

结论

　　应该指出，用21厘米谱线来探测宇宙中氢的总丰度也有其局限性。致密气体星云的外部吸收了恒星的紫外辐射，而在云的内部保持着低温状态，大量的氢原子凝聚成氢分子。由于星云外层坚材的屏蔽作用，氢分子得以长久存在，构成星云的主要成分。但是氢分子不辐射21厘米谱线(也不辐射其他射电谱线)，所以就探测不到原来所期望的很强的21厘米谱线辐射。同样，用21厘米谱线也眼其天谁啊活南坏不能揭示银河系旋臂中氢的体密度特大区域的结构细节。