21厘米有何特殊？為什麼科學家相信外星文明會使用21厘米電磁波？

根據量子理論，在原子的能級中，由於電子自旋、核自旋以及核電荷分布等因素的影響，原子的能級通常都不會簡單的單一能量值，而是會存在微小的分裂，這種微小的能量差異就被稱為超精細結構。

中性氫原子是指呈電中性的氫原子，儘管它們的結構很簡單，只是由一個質子和一個電子構成，但它們同樣也可能具備超精細結構，因為質子和電子都存在著自旋，這就會它們存在兩種可能的狀態：1、質子和電子的自旋方向相同；2、質子和電子的自旋方向相反。為了方便描述，我們可以將前者稱為「對稱狀態」，後者稱為「反對稱狀態」。

也就是說，即使是一個中性氫原子的能級處於基態（最低能級）時，也會因為質子和電子的自旋方向的不同狀態而出現微小的能量差異。科學家發現，由於「對稱狀態」比「反對稱狀態」的能量略高，因此當中性氫原子處於「對稱狀態」時，它們就會自發地向「反對稱狀態」躍遷，而這樣的現象，這就被稱為「中性氫原子的超精細躍遷」。

「中性氫原子的超精細躍遷」會釋放出一種頻率約為1420MHz的電磁波，由於其對應的波長約為21厘米，科學家就將其稱為「中性氫21厘米譜線」（celestial 21 cm-hydrogen line）。

要知道宇宙空間大多都是低溫、低壓、低密度的區域，在這些區域中的原子、分子的能級，基本上都是處於基態，幾乎不可能輻射可見光，於是這些區域就成為了「黑暗區域」，我們很難通過光學手段對其進行探測。

但由於氫是宇宙中丰度最高的元素，它們在宇宙空間中廣泛存在，即使是這些「黑暗區域」中，也存在著大量的中性氫原子，所以它們釋放出的「中性氫21厘米譜線」，就成了人類探測宇宙空間的一種有力工具，並因此在無線電天文學等領域中得到廣泛的應用。

所以一個合理的推測就是，當一個外星文明的科技水平發展到一定程度時，他們很容易就會注意到「中性氫21厘米譜線」，並對其保持關注。

而如果真是這樣的話，那當他們想要通過電磁波向宇宙中的其他智慧文明發送信息時，就很可能考慮使用與「中性氫21厘米譜線」頻段相同的21厘米電磁波，為什麼呢？原因很簡單：既然他們會關注這種特殊的電磁波，其他的智慧文明也很可能會因為類似的科學認知對其保持關注。

除此之外，使用21厘米電磁波還有另外的好處，這主要有兩點：1、這種電磁波處於無線電頻譜中的特定位置，不容易被宇宙中的背景噪音「淹沒」；2、這種電磁波的波長較長，可以輕易地穿過宇宙空間中的氣體和塵埃，進而傳播得更遠，除此之外，它們也可以輕易地穿過行星的大氣層，進而抵達行星的表面。

可以看到，這些好處無疑進一步增加了外星文明使用這種電磁波的可能，也正是因為如此，科學家才相信，外星文明很可能會使用21厘米電磁波向我們發送信息。

值得一提的是，儘管我們直到現在也沒有發現任何能被證實的來自外星文明的信號，但疑似的信號還是有的，其中最著名的一個，就是SETI計劃的「大耳朵」天文台於1977年8月16日在21厘米波段監聽到的「Wow信號」。

（「Wow信號」來自人馬座方向，其發射源距離我們大約1800光年）

但遺憾的是，由於地球的自轉，「大耳朵」天文台只對其持續監聽了72秒，而在此之後，這個信號就再也沒有出現過……