21厘米在宇宙中具有特殊意义

鲍勃·多罗 (Bob Dorough) 相信 3 是一个神奇的数字，但如果天文学家要选择一个数字，他们可能会选择 21。不只是任何 21，而是 21 厘米（8.27 英寸）：一种特定波长的光，可以告诉我们很多有关外星生命的信息、宇宙、一切。

这类光属于电磁波谱的无线电波部分，由两种能量状态之间的跃迁产生氢原子，彼此非常接近。在其最简单的形式（基态）中，氢原子的原子核中有一个质子，周围有一个“s”轨道上的电子。两个粒子都有一个称为自旋的量。它们的自旋可以指向相同的方向，也可以指向相反的方向。前者的能量比后者稍多一些。

因此，如果氢原子的质子和电子的自旋指向相同的方向，随着时间的推移，它会切换到相反的状态，因为它的能量较低，并且通过释放光子。更准确地说，光子的波长是 21.106 厘米。这就是我们观察这条线时所看到的。

从银河系到黎明之时

这条线是射电天文学发展的关键一步，因为它在天空中的存在促使天文学家在 20 世纪 30 年代寻求揭示其来源。它并不像人们最初想象的那样是太阳——人们意识到它来自银河系中心。它首先被确定为21厘米线1951年绘制出氢线，不久之后第一张银河系中性氢图就完成了。

通过假设各个方向都存在中性氢（考虑到氢是宇宙中最常见的元素，这是一个合理的假设），您可以测量这条线。然而，考虑到星系和内部的氢正在移动，这种特定的发射将因多普勒效应而发生变化。当车辆接近时，这与导致救护车警报音调更高的效果相同。

进行这些测量使我们能够了解星系中结构的速度。天文学家能够计算出银河系的螺旋结构与21厘米线。但这种发射具有更多的天文应用：这些无线电波不会被大片宇宙尘埃云吸收。它们对可见光不透明，但对无线电波透明。

这种光还可用于探测宇宙黑暗时代，即宇宙微波背景发射和第一星系光之间的时期。在那段时期，宇宙中的所有氢都是中性的，因为没有足够强大的光可以将电子从质子中剥离出来。这将发生在第一颗星星上。尝试研究这个调查不足的时期到目前为止一直在挣扎但相信这将是未来研究的主要领域。

随着射电天文学成为一门更加重要的学科，这些射电天线也被用于寻找外星智慧生物（搜寻地外文明）。毫不奇怪，这种特定的波长（最常见元素的特定发射）引起了对 SETI 感兴趣的人们的注意。

一个建议俄罗斯科学家彼得·马科维茨基 (Pyotr Makovetsky) 认为，外星人可能以氢线频率的 π 倍或两倍的频率进行通信。这些频率并不真正繁忙，它们与自然发射非常不同。

氢线也被用于我们与外星文明的潜在通讯。两者都先锋牌匾Voyager金盘以这个波长作为长度的基本单位，用来描述女性的平均身高，并给出太阳的大致位置相对于一些附近的脉冲星。

这个特殊的数字让我们了解了很多关于宇宙的知识，并且显然有潜力告诉我们更多。