Łącze radiowe neutralne wodorowe

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Przejdź do nawigacji Przejdź do wyszukiwania

Linia radiowa neutralnego wodoru , również linia 21 cm lub linia HI, jest linią zakazaną (w sensie przybliżenia elektrycznego dipola) neutralnego wodoru atomowego. Najważniejsza radiolinia w radioastronomii , dostarczająca informacji o rozkładzie neutralnego wodoru i ruchu jego chmur; używany do wyszukiwania cywilizacji pozaziemskich.

Mechanizm promieniowania

Hydrogen-SpinFlip.svg

Nielegalna linia neutralnego wodoru jest spowodowana oddziaływaniem momentów magnetycznych elektronu i protonu z atomem wodoru. Energia atomu wodoru przy równoległym ułożeniu momentów magnetycznych elektronu i protonu jest nieco wyższa niż w przypadku antyrównoległego, a zatem przy spontanicznej zmianie orientacji momentu magnetycznego elektronu na przeciwny, atom emituje kwant promieniowania elektromagnetycznego o długości fali 21,1 cm (częstotliwość 1420,40575 MHz) [1] ... Równolegle z promieniowaniem linii radiowej zachodzi również proces odwrotny - wzbudzanie atomów wodoru przez kwanty elektromagnetyczne o wyższych energiach, na przykład optycznych, lub w aktach zderzeń atomów. Dlatego w międzygwiazdowym atomowym wodorze ustala się dynamiczna równowaga między aktami promieniowania kwantów radiowych a wzbudzaniem atomów przez kwanty optyczne i zderzeniami.

Takie spontaniczne przejście w każdym pojedynczym atomie zachodzi niezwykle rzadko - średnio raz na 11 milionów lat (1 km³ wodoru przy gęstości 1 atom/cm³ emituje tylko 3 kwanty na sekundę), a energia każdego kwantu jest niezwykle niska ze względu na niską częstotliwość ( h ν ≈ 0,941171 · 10 -24 J lub 5,87433 μ eV ), zatem intensywność emisji radiowej z ośrodka międzygwiazdowego na jednostkę objętości jest znikoma [1] . Na przykład moc promieniowania całego neutralnego wodoru w Układzie Słonecznym na orbicie Plutona nie przekracza 100 W. Jednak w skali galaktycznej zauważalna staje się moc emisji radiowej neutralnego wodoru (np. moc promieniowania całego neutralnego wodoru w naszej Galaktyce jest dziesiątki razy większa niż jasność Słońca ), co umożliwia wykrycie w odległościach galaktycznych [1] [2] .

Podanie

Radioastronomia

W radioastronomii najważniejsza jest neutralna linia wodoru. Ponad połowa masy materii międzygwiazdowej to wodór obojętny. Można to zbadać tylko promieniowaniem w linii 21 cm, ponieważ w żaden sposób się nie objawia. Dlatego obserwacje promieniowania o długości fali 21 cm dostarczają bardzo cennych, często unikalnych, informacji o rozkładzie obojętnego wodoru w przestrzeni kosmicznej [1] .

Fundamentalną możliwość napromieniowania przez wodór międzygwiazdowy linii radiowej o długości 21 cm wykazał w 1945 roku H.K. van de Hulst . W 1948 roku radziecki astrofizyk I.S.Szklowski obliczył oczekiwane natężenie promieniowania wodoru międzygwiazdowego i wykazał, że jest ono wystarczające do wykrycia metodami radioastronomii. W 1951 roku radiolinia obojętnego wodoru została odkryta eksperymentalnie niemal równocześnie przez H. Yuena i E. Purcella w USA oraz H. Mullera i J. Oorta w Holandii [1] [2] .

Nasza Galaktyka

Badanie emisji neutralnego wodoru umożliwiło uzyskanie informacji o budowie Galaktyki : okazało się, że większość neutralnego wodoru jest skoncentrowana w bardzo cienkiej (w porównaniu do średnicy) warstwie o grubości około 220 parseków w płaszczyźnie. Galaktyki. W rozkładzie wodoru wyraźnie widoczne są ramiona spiralne , które można prześledzić na duże odległości [1] [2] .

Obiekty pozagalaktyczne

Obserwacje promieniowania linii radiowej o długości 21 cm prowadzono nie tylko z naszej, ale także z innych galaktyk, co pozwoliło ustalić stosunek masy neutralnego wodoru do całkowitej masy galaktyki, w zależności od jej rodzaj. Za pomocą takich danych uzyskano również krzywe rotacji galaktyk [1] .

Pomiar przesunięcia Dopplera pozwala zmierzyć prędkość neutralnych obłoków wodoru względem Ziemi, w tym przesunięcie ku czerwieni odległych galaktyk. W tym przypadku stwierdzono dobrą korelację z przesunięciem ku czerwieni linii optycznych [1] .

Szukaj pozaziemskich cywilizacji

Długość fali 21 cm, jako najbardziej rozpowszechniona we Wszechświecie, została wybrana jako fala robocza do poszukiwania cywilizacji pozaziemskich w ramach programu SETI .

Wzorce częstotliwości kwantowej

Na podstawie neutralnego wodorowego łącza radiowego opracowano tak zwane aktywne kwantowe wzorce częstotliwości . Aby wytworzyć wystarczającą intensywność linii 21 cm w warunkach naziemnych, wykorzystuje się wymuszoną emisję fotonów przez atomy wodoru w generatorze wodoru. Szerokość powstałej w nim linii wynosi tylko 1 Hz, więc kwantowy wzorzec częstotliwości działający na wodorowym łączu radiowym ma dużą dokładność. W szczególności w radioastronomii standard ten, jako najbardziej stabilny, jest stosowany jako heterodyna w systemach radiointerferometrii o bardzo długich liniach bazowych [1] .

Źródło

  • Kaplan S.A. , Pikelner S.B. Fizyka ośrodka międzygwiazdowego. - M .: Nauka , Wydanie główne literatury fizycznej i matematycznej, 1979. - 592 s. - ISBN?, 22,66 К 20 UDC 523.152.

Notatki (edytuj)

  1. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Radiolinia wodorowa . Encyklopedia Fizyki i Techniki . Data leczenia: 9 lutego 2021 r.
  2. 1 2 3 K. A. Postnov. Wykłady z astrofizyki ogólnej dla fizyków. 4.2 Linia radiowa obojętnego wodoru 21 cm . Astronet (2001). Data leczenia: 13 lutego 2021 r.

Spinki do mankietów