Защо размерът от 21 сантиметра е толкова важен

Музикантът Боб Доро вярваше, че 3 е магическо число – но ако астрономите трябваше да избират, вероятно щяха да се спрат на 21. И не просто 21, а 21 сантиметра: специфична дължина на вълната на светлината, която може да ни каже много за извънземния живот, вселената и всичко останало.

Този тип светлина е в частта на радиовълните на електромагнитния спектър и е произведена от прехода между две енергийни състояния на водородния атом, които са много близо едно до друго. В най-простата си форма – в неутралното си състояние – водородният атом има протон в ядрото си и електрон в s-образна орбитала около него. И двете частици имат величина, наречена спин (spin – въртене) като тя може да е в една и същата посока или в противоположни посоки. Първото има малко повече енергия от второто – така ако и протонът, и електронът на един водороден атом се въртят в една и съща посока, с течение на времето те ще започнат да се въртят в противоположни посоки, тъй като това въртене е по-малко енергийно. При транзита от едното въртене в другото ще се освободи фотон. Дължината на вълната на този фотон е точно 21,106 сантиметра. Това виждаме, когато наблюдаваме споменатата по-горе светлина.

Така. Трудното свърши, започва интересното.

Две форми на въглерод: черен и мек графит, твърд и прозрачен диамант

От Млечния път до зората на времето

Тази светлина е решаващо важна за развитието на радиоастрономията, тъй като нейното присъствие в небето отправя астрономите през 30-те години на миналия век на мисия да разкрият източника й. Не беше Слънцето, както се смята в началото – учените научават, че тя идва от центъра на галактиката. За първи път е наречена 21-сантиметрова светлина и водородна светлина през 1951 г., а скоро след това е завършена първата карта на неутралния водород в Млечния път.

Като приемем, че има неутрален водород навсякъде – справедливо предположение, като се вземе предвид, че той е най-често срещаният елемент във Вселената – можете да измерим тази светлина. Също така като се има предвид, че галактиката и водородът в нея се движат, тази светлина ще бъде изместена заради Доплеровия ефект – същият ефект, заради който сирената на линейката се променя, когато тя приближава, минава покрай нас и се отдалечава.

Извършването на тези измервания ни позволява да разберем скоростта на структурите в галактиките – с вълната от 21 сантиметра така астрономите успяват да разработят спиралната структура на Млечния път. Но тя има още повече астрономически приложения: вълната не се абсорбира от големите облаци космически прах; те са непрозрачни за видимата светлина, но са прозрачни за нея.

Така тя може да се използва и за изследване на т. нар. космическите тъмни векове – периода от излъчването на космическия микровълнов фон до светлината на първите галактики. Тогава целият водород във Вселената е бил неутрален, тъй като още е нямало достатъчно мощна светлина, че да откъсне електрона от протоните. Това ще стане с първата звезда. Опитите да се проучи този слабо известен период досега са били затруднени, но се смята, че ще той бъде основна област на изследване в бъдеще.

Плакета на двете мисии Пайъниър

Колко сме високи и как да си говорим с извънземните

Тъй като радиоастрономията става все по-важна дисциплина, тези радиоантени също се използват и за търсене на извънземен разум. Не е изненада, че тази конкретна дължина на вълната, специфична за най-често срещания елемент във вселената, привлича вниманието на хората, които се интересуват от извънземни.

Едно предложение – на руския учен Пьотр Маковецки – е, че извънземните може да комуникират на честота, която е Пи (3,14…) пъти честотата на водородната вълна или два пъти повече. Тези честоти не са заети и биха били много различни от естествените емисии.

Водородната вълна също е използвана в потенциалната ни комуникация с извънземни цивилизации и по друг начин. Плакетите на борда на Пайъниър 10 и 11, както и златният диск на Вояджър прилагат дължина на вълната като основна мерна единица за дължина, с която след това се описва колко е висока средната жена-землянка, както и дават приблизителна позиция на Слънцето по отношение на няколко близки неутронни звезди.

Това специално число ни научи на много за космоса и очевидно има потенциала да ни каже още повече.