대폭발에서 1초가 지났을때의 복사온도 / 수소 21cm 방출

소개글

대폭발에서 1초가 지났을때의 복사온도 / 수소 21cm 방출에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1.대폭발에서 1초가 지났을때 복사온도
1)수식전개
2. 수소원자에서 21cm선 방출
1)수식전개
2)물리적의미
3)역사적배경

본문내용

전자와 핵이 갖는 총스핀을 라고 한다면
이므로
이다. 수소의 경우, 이며 인 들뜬 상태와 인 바닥상태 사이의 에너지 차는 다음과 같다.
과 인 상태들 사이의 전이에 해당하는 복사파장은 이며, 진동수는 다음과 같다.
■ 물리적 의미
물리적인 의미로 살펴보면 중성 수소원자가 각각 특정한 스핀 방향을 가지는 하나의 전자와 하나의 양자로 이루어지는데, 스핀이 평행일때 수소원자는 반대 방향의 스핀 일 때보다 더 높은 에너지를 가진다. 그러므로 수소원자는 스핀의 배열이 같은 방향에서 서로 반대 방향으로 변화될 때 복사를 방출하며 바로 이러한 전이에 해당하는 방출파장이 전파대역에 속하는 21cm이다.
이 전이에서 일어나는 복사는 천문학에서 중요한 역할을 한다. 중성원자들로 된 기체에 있어서 의 상태는 보통 복사에 의해 들뜬 상태가 될 수 없는데 이것은 궤도 각운동량의 변화가 없는 경우에 전이를 강력하게 억제시키는 선택규칙 때문이다. 및 인 두 상태는 모두 0인 각운동량을 갖는다. 한편 이를 일으킬 수 있는 다른 과정들이 있다. 예를 들면 인 상태로 충돌에 의해 들뜰 수가 있으며 인 바닥상태로 돌아오는 것이 발견될수 있다. 수신된 0.21m(21㎝) 복사 강도를 분석하여 천문학자들은 수소를 포함하는 기체 구름의 운동 및 온도는 물론 성간 공간에서 중성수소의 밀도 분포에 대해 많은 정보를 얻을수 있다. 중성수소원자들의 평균수는 대략 태양근처의 은하계면에서 대략 이며, 온도는 100K의 크기를 갖는다.
■ 역사적 배경
○역사적 배경
1900년부터 1903년 사이의 겨울철에 독일 포츠담 천체물리관측소의 천문학자 하트만은 오리온의 허리띠 부분에 있는 연성인 델타별에 대하여 고분해 분광관측을 수행하였다. 1900년 초 프랑스의 천문학자 데랑드르는 그 별의 분광선의 위치가 급격히 변한다고 보고하였는데 하트만은 그러한 관측을 반복해 보려고 시도하였다. 그러나 그의 결과는 데랑드르와 일치하지 않았다. 하트만은 이들 분광선이 훨씬 느린 주기의 도플러 이동을 보인다는 것을 발견하였을 뿐만 아니라 극단 자외선에 나타나는 칼슘 분광선은 항성의 궤도 운동에 의한 주기적인 이동과 관련되지 않는다는 것을 알아냈다. 이러한 발견과 1901년에 페르세우스자리에서 폭발하였던 이와 비슷한 현상을 보이는
신성의 관측으로부터 그는 게슘 분광선이 태양과 델타 오리온 사이에 있는 성간 물질의 원자들에 의해 만들어진다는 결론을 내렸다. 별과 별 사이의 공간에 칼슘뿐만 아니라 어떤 원자도 존재할수 없다고 믿어왔기 때문에 이발견은 놀라운 것이었다.
하트만의 발견이 포츠담 천문대에서 이루어진 것은 당연한 일이었다. 하트만의 발견은 성간 가스에 대한 오랫동안 지속되어온 안시관측의 시작에 불과하며, 그 후 2반세기만에 시작되어 현재까지 지속되고 있는 전파관측을 유도하였다. 전파천문학의 발전은 두개의 주요 단계로 이루어진다. 1951년 3월 25일 하버드의 이웬과 퍼셀은 파장 21㎝의 전파방출을 성간 수소원자로부터 탐지하였다. 21cm분광선의 존재는 그보다 7년전에 당시 네덜란드의 젊은 학생이었던 반 데 헐스트에 의하여 예측되었다. 전쟁 말기에 씌어진 예언적인 논문에서 반 데 헐스트는 이 전파 방출선을 천문 관측을 통하여 탐지 할수 있을 것이라고 예측하였다. 이웬과 퍼셀의 발견이 있은 지 7주후인 1951년 5월 1일, 라이덴의 뮬러와 오르트는 21cm선의 존재를 확인하였다. 네덜란드의 선도적 천문학자인 오르트는 일찍이 전파천문학이 이룩하게 될 무한한 공헌을 인식하여 전쟁 직후 네덜란드 사람들이 이분야에 활발한 노력을 기울여야 한다고 주장하여 왔다. 그는 전파천문학의 선구적 계획을 성공적으로 이끈 유일한 기성 천문학자였다.

키워드

빅뱅,   수소,   복사온도,   1초,   대폭발,   21cm,   방출선,   성간물질