李强 李明月

说到天文，我们不禁会想到位于我国贵州省的目前世界上口径最大的单天线射电望远镜（FAST）。国家花了那么多钱造了一口“锅”，它能做些什么呢？之所以花费巨资建造FAST，是因为需要它完成相应的科学目标。FAST的科学目标中包含了脉冲星的搜寻与中性氢的观测。很多人可能对脉冲星稍有所了解，但是提到中性氢就不知所以了。

 中性氢谱线是什么

对于历史悠久的天文学而言，射电天文使用的是一种崭新的手段，为天文学开拓了新的园地。20世纪60年代，射电天文学有四大发现：类星体、宇宙微波背景辐射、脉冲星和分子谱线。分子谱线是分子不同能级之间跃迁产生的，而中性氢谱线是由氢原子能级之间的跃迁产生的，它们都属于谱线。

天文学中提到的探测到中性氢，指的就是观测到氢原子的谱线，也即“中性氢谱线”。它实际上是基态氢原子的电子自旋和核自旋耦合产生的能级分裂对应的谱线，是基态能级更精细的结构之间的跃迁。这个跃迁所产生的波长是21厘米，因此有时候人们也称其为“射电21厘米谱线”。

21厘米谱线的发现还有一段小插曲：其他的谱线都是先在实验室中观测到的，而21厘米谱线却是理论预言的。因为当时物理学家在射电波段只看到了连续谱，却没有发现谱线的存在。荷兰天文学家亨德里克·范德胡斯特的导师给他提出了一个难题：能不能从理论上在射电波段找到一个谱线？之后，亨德里克·范德胡斯特还真的去寻找当时没有考虑到的效应，同时，他还想到了在氢原子核中质子和电子之间的相互作用能够引发21厘米谱线。……