21厘米譜線

中性氫，宇宙中最常見的氣體，藏著一個秘密信號——它在21厘米波長（頻率1420兆赫）上發出的一個單一而尖銳的射電音符。這一微弱的低鳴，即21厘米譜線，是整個天文學中最重要的信號之一，因為它讓我們得以看見原本不可見、瀰散於星系各處的冷氫氣，而且它能徑直穿過擋住可見光的塵埃。

這個信號源自一個極其微妙的事件。一個氫原子是一個質子加一個電子，兩者都像微小的磁鐵，具有一種稱為自旋的性質。當電子的自旋從與質子同向翻轉為反向時，原子便以一個恰好21厘米的射電光子的形式釋放出一丁點能量。對任何單個原子而言，這種翻轉極為罕見——平均約每一千一百萬年才發生一次——但一個星系中的氫原子如此之多，以致它們合在一起的微光很容易被射電望遠鏡探測到。由於這條譜線極其尖銳，它波長上的任何都卜勒移動，都能精確測出氣體朝我們或離我們運動的速度。

21厘米譜線於1944年被預言、1951年首次被探測到，它變革了天文學。通過在全天對它進行測繪並讀取它的都卜勒移動，天文學家描繪出了銀河系的旋臂、測出了星系如何自轉，並揭示了那個指向暗物質的自轉難題。如今，雄心勃勃的實驗希望探測來自早期宇宙、第一批恒星形成之前的21厘米信號——用這一個微弱的氫音符，去探查宇宙的歷史本身。