Радиолиния нейтрального водорода

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Радиолиния нейтрального водорода, также линия 21 см или линия HI — запрещённая линия (в смысле электродипольного приближения) нейтрального атомарного водорода. Важнейшая радиолиния в радиоастрономии.

Механизм излучения[править | править вики-текст]

Hydrogen-SpinFlip.svg

Запрещённая линия нейтрального водорода обусловлена взаимодействием магнитных моментов электрона и протона в атоме водорода. Энергия атома водорода при параллельном расположении магнитных моментов электрона и протона несколько больше, чем при антипараллельном, поэтому при спонтанном изменении ориентации магнитного момента электрона на противоположную атом излучает квант электромагнитного излучения с длиной волны 21,1 см (частота 1420,40575 МГц). Такой самопроизвольный переход в каждом отдельном атоме происходит крайне редко — в среднем один раз за 11 миллионов лет (1 км³ водорода при плотности 1 атом/см³ излучает всего 3 кванта в секунду), и энергия каждого кванта крайне мала из-за низкой частоты (≈10−24Дж, или около 1 мкэВ), поэтому интенсивность радиоизлучения межзвёздной среды на единицу объёма ничтожно мала. Параллельно с излучением радиолинии происходит и обратный процесс — возбуждения атомов водорода электромагнитными квантами с бо́льшими энергиями, например, оптическими, либо в актах соударения атомов. Поэтому в межзвёздном атомарном водороде устанавливается динамическое равновесие между актами излучения радиоквантов и возбуждением атомов оптическими квантами и соударениями. Например, мощность излучения всего водорода Солнечной системы (в пределах орбиты Плутона) составляет порядка 100 Ватт. Однако в галактических масштабах мощность радиоизлучения нейтрального водорода становится заметной (например, мощность излучения всего нейтрального водорода нашей Галактики в десятки раз больше светимости Солнца), что позволяет обнаруживать его на галактических расстояниях. Это излучение крайне важно для изучения распределения нейтрального водорода в Галактике, движения его облаков методами радиоастрономии.

Значение линии нейтрального водорода в радиоастрономии[править | править вики-текст]

Линия нейтрального водорода является важнейшей в радиоастрономии. Более половины массы межзвёздного вещества составляет нейтральный водород. Его можно исследовать только по излучению в линии 21 см. Поэтому наблюдения излучения с длиной волны 21 см даёт очень ценные, часто уникальные, сведения о распределении нейтрального водорода в космическом пространстве. В 1948 году советский астрофизик Шкловский рассчитал ожидаемую интенсивность излучения межзвёздного водорода и показал, что она достаточна для того, чтобы его можно было обнаружить методами радиоастрономии. В 1951 году радиолиния нейтрального водорода была экспериментально обнаружена почти одновременно Х. Юэном и Э. Перселлом в США и К. Мюллером и Я. Оортом в Нидерландах. Исследование излучения нейтрального водорода позволили получить информацию о структуре галактики: выяснилось, что большая часть нейтрального водорода сосредоточена в очень тонком (по сравнению с диаметром) слое толщиной около 220 парсек в плоскости Галактики. В распределении водорода отчётливо выделяются спиральные рукава, которые прослеживаются до больших расстояний. Измерение доплеровского смещения позволяет измерить скорость облаков нейтрального водорода относительно Земли (в том числе и красное смещение дальних галактик).

Поиск внеземных цивилизаций[править | править вики-текст]

Длина волны 21 см, как самая распространённая во Вселенной, выбрана в качестве рабочей для поисков внеземных цивилизаций по программе SETI.

Ссылки[править | править вики-текст]

Источники[править | править вики-текст]

  • Каплан С. А., Пикельнер С. Б. Физика межзвездной среды. — М.: Наука, Главная редакция физико-математической литературы, 1979. — 592 с. — ISBN ?, 22.66 К 20 УДК 523.152
  • Сороченко Р. Л. Физика Космоса. — 1986.