Русская Википедия:Радиолиния нейтрального водорода
Радиолиния нейтрального водорода, также линия Шаблон:Num или линия HI — запрещённая линия (в смысле электродипольного приближения) нейтрального атомарного водорода. Важнейшая радиолиния в радиоастрономии, дающая информацию о распределении нейтрального водорода и движении его облаков. Используется также для поисков внеземных цивилизаций.
Механизм излучения
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 Шаблон:Num (частота Шаблон:Num)[1]. Параллельно с излучением радиолинии происходит и обратный процесс — возбуждение 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.
Такой самопроизвольный переход — время жизни возбуждённого состояния в каждом отдельном атоме происходит крайне редко — в среднем один раз за 11 миллионов лет (Шаблон:Num водорода при плотности Шаблон:Num излучает всего Шаблон:Num в секунду), и энергия каждого кванта крайне мала из-за низкой частоты (Шаблон:MathШаблон:Nbsp≈ Шаблон:Val, или Шаблон:Num), поэтому интенсивность радиоизлучения межзвёздной среды на единицу объёма ничтожно мала[1]. К примеру, мощность излучения всего нейтрального водорода Солнечной системы в пределах орбиты Плутона не превышает Шаблон:Num. 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[1][2].
Применение
Радиоастрономия
Линия нейтрального водорода является важнейшей в радиоастрономии. Более половины массы межзвёздного вещества составляет нейтральный водород. Его можно исследовать только по излучению в линии Шаблон:Num, поскольку более никак он себя не проявляет. Поэтому наблюдения излучения с длиной волны Шаблон:Num дают очень ценные, часто уникальные, сведения о распределении нейтрального водорода в космическом пространстве[1].
Принципиальная возможность излучения межзвёздным водородом радиолинии Шаблон:Num показана в 1945 году [[Хюлст, Хендрик Кристофель ван де|X.Шаблон:NbspК.Шаблон:Nbspван де Хюлстом]]. В 1948 году советский астрофизик И. С. 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 Шаблон:Iw и [[Пёрселл, Эдуард Миллс|Э.Шаблон:NbspПёрселлом]] в США и Шаблон:Iw и [[Оорт, Ян Хендрик|Я.Шаблон:NbspОортом]] в Нидерландах[1][2].
Наша Галактика
Исследование излучения нейтрального водорода позволило получить информацию о структуре Галактики: выяснилось, что большая часть нейтрального водорода сосредоточена в очень тонком (по сравнению с диаметром) слое толщиной около Шаблон:Num в плоскости Галактики. В распределении водорода отчётливо выделяются спиральные рукава, которые прослеживаются до больших расстояний[1][2].
Внегалактические объекты
Проводились наблюдения излучения радиолинии Шаблон:Num не только от нашей, но и от других галактик, что позволило установить отношение массы нейтрального водорода к общей массе галактики в зависимости от её типа. С помощью таких данных были получены также кривые вращения галактик[1].
Измерение доплеровского смещения позволяет измерить скорость облаков нейтрального водорода относительно Земли, в том числе и красное смещение дальних галактик. При этом обнаружена хорошая корреляция с красным смещением оптических линий[1].
Поиск внеземных цивилизаций
Длина волны Шаблон:Num, как самая распространённая во Вселенной, выбрана в качестве рабочей для поисков внеземных цивилизаций по программе SETI.
- Символика водорода и его излучения на посланиях инопланетянам
-
Два основных состояния водорода
-
Пластинка «Пионера» (1973)
-
Золотая пластинка «Вояджера» (1977)
Квантовые стандарты частоты
На основе радиолинии нейтрального водорода разработаны так называемые активные квантовые стандарты частоты. Для создания достаточной интенсивности линии Шаблон:Num в земных условиях используют вынужденное испускание фотонов атомами водорода в водородном генераторе. Ширина линии в нём составляет всего Шаблон:Num, поэтому квантовый стандарт частоты, работающий на радиолинии водорода, имеет высокую точность. В частности, в радиоастрономии этот стандарт как наиболее стабильный используется в качестве гетеродина в системах радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами[1].
Источник
Примечания
Ссылки
- Наблюдение радиолинии Шаблон:Num в других галактиках
Шаблон:Выбор языкаШаблон:- Шаблон:Спектральные линии
