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2006 年 3 月 26 日

無線電波和微波天文史 (26):偵測 21 公分譜線的重大意義
提供者 : 陳輝樺 (AEEA 小組 , NMNS )

說明 : 無線電波和微波在低於 絕對溫度 10 K 的條件下, 到底可以偵測到 什麼樣的的天文訊息 呢? 首先,我們知道「溫度」代表的正是系統中分子的 總動能 。 依據分子動力學的說法,當溫度逐漸降低時,分子的運動逐漸地停頓。 但是,依據量子物理的觀點,任何粒子不可能完全停止運動,但它的動能也有最低的極限。 當系統內全部分子的動能都趨於這極限時, 我們就說這系統的溫度趨近於「絕對零度 (Absolute Zero)」。 換言之,在分子極稀、運動接近靜止狀態時,也就是分子間彼此碰撞的機率極缺乏時, 它們的溫度就有可能接近絕對零度

         但是依據量子物理的「 包立不相容原理 」, 氫原子基態 (ground state)上的兩個電子不會具有相同的 能階 (energy levels),如上左圖所示意。 當電子和原子核內的質子具相反的旋轉方向時,產生了方向相同的磁場, 如上右圖右側的示意,此時能階較高; 若電子和原子核內的質子具相同的旋轉方向時,產生了方向相反的磁場, 如上右圖左側的示意,此時能階較另一者低。 所以,當有機會時,電子會從較高能階基態跳躍至較低能階基態, 如左上圖示,則會釋出 21 公分 波長的 無線電波 。 21 公分波長無線電波譜線的偵測,可以讓天文物理學者瞭解我們 銀河系 裡中性氫原子雲氣 (HI) 的分佈。

         提到對於 21 公分波長無線電波譜線的偵測,也是令人氣餒。 原來,在 1947 年 Grote Reber 已設計進行觀測, 可惜被調換工作。直到後來在哈佛大學的 Harold Ewen 和 Edward Purcell 才成功地偵測到 21 公分波長無線電波譜線。

明日主題 : 無線電波和微波天文史 (27):Harold Ewen 和 Edward Purcell 的無線電觀測
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主編 : 陳輝樺陳輝樺                 
                         諮詢服務 : 陳輝樺 或 (NMNS 國立自然科學博物館)
                                 王夕堯 (NTPU 國立台北大學)
                                                    蘇明俊 (樹德科技大學  休閒事業管理系)

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