Semleges hidrogén rádiókapcsolat

A semleges hidrogén rádióvonal , a 21 cm -es vonal vagy a HI vonal  a semleges atomi hidrogén tiltott vonala (az elektromos dipólus közelítés értelmében) . A rádiócsillagászat legfontosabb rádiókapcsolata , amely információt nyújt a semleges hidrogén eloszlásáról és felhőinek mozgásáról. Földönkívüli civilizációk keresésére is használják.

Sugárzási mechanizmus

A semleges hidrogén tiltott vonala a hidrogénatomban lévő elektron és proton mágneses momentumainak kölcsönhatásából adódik . Az elektron és a proton mágneses momentumainak párhuzamos elrendezésével rendelkező hidrogénatom energiája valamivel nagyobb, mint az antiparallel atomé, ezért az elektron mágneses momentumának spontán irányváltásával az ellenkezőjére a atom 21,1 cm hullámhosszú elektromágneses sugárzás kvantumát bocsát ki (frekvencia 1420,40575 MHz ) [1] . A rádióvonal sugárzásával párhuzamosan fordított folyamat is megtörténik - a hidrogénatomok gerjesztése nagyobb energiájú elektromágneses kvantumokkal, például optikaikkal, vagy az atomok ütközésének aktusaiban. Ezért a csillagközi atomi hidrogénben dinamikus egyensúly jön létre a rádiókvantumok sugárzási aktusai és az atomok optikai kvantumok és ütközések általi gerjesztése között.

Egy ilyen spontán átmenet - a gerjesztett állapot élettartama minden egyes atomban rendkívül ritkán fordul elő - átlagosan 11 millió évente egyszer ( 1 km³ hidrogén 1 atom / cm³ sűrűségnél csak 3 fotont bocsát ki másodpercenként), és az energia mindegyik kvantum rendkívül kicsi az alacsony frekvencia miatt ( h ν  ≈ 0,941171⋅10 −24  J vagy 5,87433 μ eV ), így a csillagközi közegből érkező rádiósugárzás intenzitása térfogategységenként elhanyagolható [1] . Például a Naprendszerben a semleges hidrogén sugárzási teljesítménye a Plútó pályáján nem haladja meg a 100 wattot . Azonban galaktikus léptékben a semleges hidrogén rádiós emissziós ereje észrevehetővé válik (például Galaxisunkban az összes semleges hidrogén emissziós ereje több tízszer nagyobb, mint a Nap fényessége ), ami lehetővé teszi annak észlelését. galaktikus távolságokon [1] [2] .

Alkalmazás

Rádiócsillagászat

A semleges hidrogénvonal a legfontosabb a rádiócsillagászatban . A csillagközi anyag tömegének több mint fele semleges hidrogén. Csak a 21 cm -es vonalban sugárzással vizsgálható , mivel más módon nem nyilvánul meg. Ezért a 21 cm -es hullámhosszú sugárzás megfigyelései nagyon értékes, gyakran egyedi információkkal szolgálnak a semleges hidrogén világűrbeli eloszlásáról [1] .

A 21 cm-es rádióvonal csillagközi hidrogén általi kibocsátásának alapvető lehetőségét 1945-ben mutatta meg H. K. van de Hulst . 1948-ban a szovjet asztrofizikus , I. S. Shklovsky kiszámította a csillagközi hidrogénsugárzás várható intenzitását, és kimutatta, hogy ez elegendő a rádiócsillagászati ​​módszerekkel történő észleléshez. 1951-ben kísérleti úton G. Yuen és E. Purcell az USA -ban , valamint K. Müller és J. Oort Hollandiában [1] [2] fedezte fel kísérletileg a semleges hidrogén rádióvonalat 1951- ben .

Galaxisunk

A semleges hidrogén sugárzásának tanulmányozása lehetővé tette a Galaxis szerkezetére vonatkozó információk megszerzését : kiderült, hogy a semleges hidrogén nagy része egy nagyon vékony (az átmérőhöz képest) körülbelül 220  parszek vastag rétegben koncentrálódik a síkban. a galaxisról. A hidrogén eloszlásában egyértelműen megkülönböztethetők a spirálkarok , amelyek nagy távolságokra vezethetők vissza [1] [2] .

Extragalaktikus objektumok

A 21 cm -es rádióvonal sugárzását nemcsak saját, hanem más galaxisokból is megfigyelték, ami lehetővé tette a semleges hidrogén tömegének a galaxis össztömegéhez viszonyított arányának meghatározását, típusától függően. . Ilyen adatok segítségével galaxisok forgási görbéi is készültek [1] .

A Doppler-eltolódás mérése lehetővé teszi a semleges hidrogénfelhők Földhöz viszonyított sebességének mérését, beleértve a távoli galaxisok vöröseltolódását is. Ebben az esetben jó korrelációt találtunk az optikai vonalak vöröseltolódásával [1] .

Földönkívüli civilizációk keresése

Az Univerzumban legelterjedtebb, 21 cm -es hullámhosszt választották a földönkívüli civilizációk kutatásához a SETI program keretében működő hullámhossznak .

Kvantumfrekvencia-szabványok

A semleges hidrogén rádiókapcsolat alapján úgynevezett aktív kvantumfrekvenciás szabványokat fejlesztettek ki . A 21 cm -es vonal megfelelő intenzitásának megteremtéséhez földi körülmények között hidrogénatomok által stimulált fotonkibocsátást alkalmaznak egy hidrogéngenerátorban. A vonalszélesség benne mindössze 1 Hz , így a hidrogén rádióvonalon működő kvantumfrekvenciás szabvány nagy pontosságú. Különösen a rádiócsillagászatban ezt a szabványt, mint a legstabilabbat lokális oszcillátorként használják nagyon hosszú bázisú rádióinterferometriai rendszerekben [1] .

Forrás

Jegyzetek

  1. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Hidrogén rádiókapcsolat . Fizikai és Technológiai Enciklopédia . Letöltve: 2021. február 9. Az eredetiből archiválva : 2020. február 5..
  2. ↑ 1 2 3 Postnov K. A. Előadások az általános asztrofizikáról fizikusok számára. 4.2 Semleges hidrogén rádiókapcsolat 21 cm . Asztronet (2001). Letöltve: 2021. február 13. Az eredetiből archiválva : 2020. október 1.

Linkek

  Ugrás a Wikidata elemre  Szótárak és enciklopédiák