为什么21厘米如此重要

本文探讨了21厘米谱线在天文学中的重要性，指出这一由中性氢原子自旋翻转跃迁产生的特定波长是研究宇宙结构和演化的关键工具。文章首先解释了21厘米谱线的物理起源，即氢原子基态中质子和电子自旋平行与反平行状态间的微小能量差。随后阐述了尽管单个原子跃迁概率极低，但宇宙中巨量中性氢原子使得21厘米信号可被探测。1951年该谱线的首次探测开启了射电天文学新时代，使天文学家能够穿透星际尘埃研究银河系结构。文章重点强调了21厘米谱线在探索宇宙黑暗时期和黎明时期的独特价值，这一时期传统光学望远镜无法观测，而红移的21厘米信号能提供早期宇宙三维结构图，帮助研究第一批恒星和星系形成、暗物质分布等基本宇宙学问题。最后提到当前SKA等射电望远镜项目正致力于探测这些微弱信号以揭示宇宙早期演化历史。