~2026-66535-5 am 6. Februar 2026 um 12:45 Uhr

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Die '''HI-Linie''' (H-Eins-Linie), auch '''Wasserstofflinie''', ist in der [[Astronomie]] die Bezeichnung für die charakteristische [[Radiowelle|Radiostrahlung]] des [[Elektrische Ladung|neutralen]] [[Wasserstoff]]s. Der auch verwendete Ausdruck {{nowrap|'''21-cm-Linie'''}} rührt von der entsprechenden [[Wellenlänge]] im [[Vakuum]] her. In der [[Radioastronomie]] spielt diese Strahlung eine wichtige Rolle, weil ihre Untersuchung Auskunft über die Dichteverteilung, Geschwindigkeit und Temperatur von [[Wasserstoffatom]]en im [[Universum]] gibt.

== Entstehung ==
[[Datei:Hydrogen-SpinFlip.svg|mini|hochkant=1.25|Wasserstoffatom mit paralleler (''F'' = 1) und antiparalleler (''F'' = 0) Einstellung des Elektrons. Der Übergang wird als [[Spin-Flip]] bezeichnet.]]
Die [[Emissionsspektrum|Emissions-]] bzw. [[Absorptionsspektrum|Absorptionslinie]] entsteht durch den [[Hyperfeinstruktur]][[Übergang (Quantenmechanik)|übergang]] des neutralen Wasserstoffatoms im [[Atomorbital|1s]]-[[Grundzustand]]. Das ist der Energieunterschied zwischen der parallelen und antiparallelen [[Spin]]-Orientierung des [[Elektron]]s relativ zum Spin des [[Proton]]s. Die parallele Ausrichtung hat ein etwa 5,87433 · 10<sup>−6</sup> [[Elektronenvolt|eV]] höheres Energieniveau als die antiparallele Ausrichtung. Das entspricht einer Radio[[frequenz]] von 1.420.405.751,766.7 ± 0,0009 [[Hertz (Einheit)|Hz]] (ca. 1420,4057 MHz) und einer Vakuum-Wellenlänge von 21,1061140542 cm.

== Bedeutung ==
Der Übergang ist selten und schwer anzuregen. Ein Wasserstoffatom mit parallelem Spin würde erst nach etwa 11 Millionen Jahren zu antiparallelem Spin zurückfallen.<ref>Mhaske, Ashish A.; et al. (August 2022). "A Bose Horn Antenna Radio Telescope (BHARAT) design for 21 cm hydrogen line experiments for radio astronomy teaching" [https://arxiv.org/abs/2208.06070 arXiv:2208.06070]</ref> Da die HI-Linie durch [[interstellare Materie]] wegen der sehr geringen Wahrscheinlichkeit des Übergangs nur wenig [[Dämpfung|gedämpft]] wird, ist sie ein bevorzugtes Beobachtungsobjekt der Radioastronomie. Mit ihr lässt sich die Verteilung des Wasserstoffs bestimmen, der insgesamt ca. 90 Prozent der interstellaren Materie ausmacht. [[Dopplereffekt|Dopplerverschiebungen]] der Linie geben Auskunft über die Bewegungen von [[Astronomisches Objekt|astronomischen Objekten]].

1944 berechnete [[Hendrik Christoffel van de Hulst]] die {{nowrap|21-cm-Linie}}. Die Bedeutung der HI-Linie erkannten die Astronomen [[Colin Stanley Gum]], [[Frank John Kerr]] und [[Gart Westerhout]] im Jahr 1951.

Die [[Pioneer-Plakette]], befestigt an den Raumsonden [[Pioneer 10|Pioneer 10]] und [[Pioneer 11|Pioneer 11]], zeigt den Hyperfeinstrukturübergang des neutralen Wasserstoffatoms. Die Wellenlänge wurde als Standardlängeneinheit und die [[Periode (Physik)|Periodendauer]] als Standardzeiteinheit benutzt.

Durch die Beobachtung des 21-cm-Signals erhofft man sich neue Einblicke in das Ende des [[Dunkles Zeitalter (Kosmologie)|dunklen Zeitalters]] und die anschließenden Epochen ([[Reionisierungsepoche]] und danach). Für diese Epochen ist heute das Signal um etwa den Faktor 6 bis 20 [[Rotverschiebung|rotverschoben]], so dass die Beobachtung dieses Signals im Bereich von 230 bis 71 MHz erfolgt. Im März 2018 wurde von der ''[[EDGES]]''-[[Kollaboration]] (''Experiment to Detect the Global Epoch of Reionization Signature'')<ref>[https://www.haystack.mit.edu/ast/arrays/Edges/ EDGES], MIT Haystack Observatory</ref><ref>Judd Bowman, Alan Rogers, Raul Monsalve, Thomas Mozdzen, Nivedita Mahesh: An absorption profile centered at 78 megahertz in the sky-averaged spectrum, Nature, Band 555, 2018, S. 67–70, [https://www.nature.com/articles/nature25792 Abstract]</ref><ref>[https://astrobites.org/2018/03/14/first-detection-of-the-21cm-cosmic-dawn-signal/ Joshua Kerrigan, First Detection of the 21cm Cosmic Dawn Signal], Astrobites, 14. März 2018</ref> die Beobachtung eines Absorptionsprofils bei 78 MHz bekanntgegeben, die auf die Reionisierungsepoche deutet. Außerdem gibt es daraus Hinweise, die möglicherweise auf [[Dunkle Materie]] deuten. Das Signal war sehr schwierig zu beobachten, da es durch irdische Quellen, galaktische Strahlung und andere [[Radioquelle|kosmische Quellen]] stark überdeckt ist. Bessere Daten erhofft man sich vom geplanten [[Square Kilometre Array]] (SKA). Die 21-cm-Radio-Astronomie kann auch für die Erforschung der weiteren Entwicklung des frühen Universums in anderen Epochen genutzt werden.

== Siehe auch ==
* [[H-I-Gebiet]]
* [[H-II-Gebiet]]
* [[Dezimeterwelle]]
* [[Radioquelle]]

== Weblinks ==
* [http://www.nrao.edu/whatisra/hist_oortvandehulst.shtml Prediction of 21cm Line Radiation] & [http://www.nrao.edu/whatisra/hist_ewenpurcell.shtml The Discovery of Hydrogen Radio emission by Ewen and Purcell] [[National Radio Astronomy Observatory]] (englisch, abgerufen am 30. Juni 2010)
* [http://antwrp.gsfc.nasa.gov/apod/ap010113.html A Sky Full Of Hydrogen] [[Astronomy Picture of the Day]] 13. Januar 2001
* [http://www.cv.nrao.edu/course/astr534/HILine.html The HI 21 cm Line]

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Beobachtungsmethode der Astronomie]]
[[Kategorie:Elektromagnetisches Spektrum]]

HI-Linie - Versionsgeschichte

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