氢的21厘米线是如何形成的，以及它在宇宙学研究中的重要性是什么？
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Moonshot回答
氢的21厘米线是由中性氢原子在无线电波段发射或吸收的谱线，其频率为1420.40575177 MHz，对应于真空中的波长21.10611405413厘米。这条谱线的形成机制涉及到中性氢原子的两个能级之间的跃迁，特别是当电子从较高的能级跃迁到较低的能级时，会发射出波长为21厘米的光子。这一过程在星际空间中非常普遍，因为星际空间大部分是低温、低压、低密度区域，这里的绝大部分原子、分子都处在最低能级的基态上。
在宇宙学研究中，氢的21厘米线具有极其重要的意义。它为研究宇宙的“黑暗时代”提供了独一无二的探测手段。宇宙的“黑暗时代”是指宇宙大爆炸后的中性氢气体主导的时期，这个时期没有恒星产生，因此无法通过光学手段观测。然而，通过观测中性氢的21厘米辐射，科学家可以探测到这一时期的宇宙结构和演化。此外，21厘米线还可以用来研究星系的形成和演化、宇宙的大尺度结构、以及宇宙的膨胀历史等。
观测21厘米线可以帮助天文学家解析恒星形成、星系结构、气体动力学和活动星系核的吸积与反馈等天体物理问题，并对探究星系和宇宙的演化具有重要意义。例如，平方公里阵列射电望远镜（SKA）将利用21厘米线进行深度观测，以揭示宇宙最初十亿年的演化历史，并为研究宇宙的膨胀历史、暗物质与暗能量的性质提供重要的宇宙学探针。
图片来源：上海天文台