中性氫氣

氫是宇宙中最簡單、最常見的原子——一個質子，外加一個繞它運轉的電子。在恒星之間廣袤而清涼的區域裡，氫通常會保住那個電子，保持中性、不被電離。天文學家稱之為中性原子氫，寫作 HI（讀作「H一」）。它是星系中含量最多的氣體，幾十年來一直是我們繪製銀河系隱秘結構的主要手段。

中性氫棲身於星際介質中較冷、未電離的相中。在冷中性介質裡，它的溫度約100開爾文、密度每立方厘米數十個原子；在暖中性介質裡則更稀薄，約8000開爾文、每立方厘米遠不足一個原子。關鍵在於，HI 會在21厘米波長上發出一種微弱的射電信號，它產生於電子翻轉其微小磁「自旋」方向之時。由於這種射電波能徑直穿過那些擋住可見光的塵埃，HI 巡天讓我們得以一眼望穿整個星系，連那些原本會把背後一切都遮住的雲也能穿透。

對 HI 的測繪揭示了銀河系的旋臂和星系的自轉，而那些氣體所缺少的、本應有的旋轉質量，是暗物質的早期線索之一。一個有用的提醒：「中性」指的是電荷，而非化學性質——中性氫的化學活性很高，在足夠冷、足夠密的地方會很容易結合成分子。而且 HI 只是原子形式；在最緻密、最寒冷的雲中，氫會改為成對結合為分子氫 H2。