קו המימן

קו המימן או קו 21 ס"מ הוא קו פליטה ספקטרלי המתאים למעבר של אלקטרון באטום מימן נייטרלי בין שתי תת-רמות הראשונות של רמת היסוד(1s). הפרש בין תת-הרמות נובע מהמבנה העל-דק של אטום המימן, כלומר פיצול של רמה בעקבות אינטראקציה בין ספין של אלקטרון לבין הספין של הגרעין. כאשר אלקטרון יורד מרמה אנרגטית גבוהה לנמוכה יותר, הוא פולט פוטון בעל אנרגיה של 5.87433 מיקרו אלקטרון וולט, המתאימה לתדר של 1420.40575177 מגה הרץ, כלומר אורך גל של 21.10611405413 סנטימטרים. קו זה המתאים לתחום קרינת מיקרו בספקטרום האלקטרומגנטי.
קו זה מובהק ומובחן בקלות מקווי פליטה אחרים ולכן יש לו שימוש רב בתצפיות אסטרונומיות. לדוגמה, איתור קו זה בגלקסיית שביל החלב ובגלקסיות אחרות מאפשר לקבוע את אחוז המימן מכלל החומר המרכיב את הגלקסיה. הסחת דופלר של קו זה מאפשרת למדוד מהירות סיבוב של גלקסיות ספירליות והרחבות ספקטרליות יכולות לעזור בקביעת הטמפרטורה של החומר.

גילוי

בשנות ה-30 של המאה ה-20 אותרה "לחישה" בתדר הרדיו. "לחישה" זו השתנתה במחזוריות של יום והתברר שמקורה הוא מחוץ לכדור הארץ. עד מהרה התברר שמקור הקרינה אינו מהשמש כפי ששיערו, אלא ממרכז הגלקסיה. הממצאים פורסמו על ידי יאן אורט, שהבין את החשיבות של חיפוש אחרי קווי פליטה בתחום הרדיו. ב-1944 הנדריק ואן דה הולסט (Hendrik van de Hulst) חזה קיום של קו פליטה ממימן נייטרלי עם תדירות של 1420.4058 מגה הרץ שבא מהפרש של שתי תת-רמות סמוכות במצב היסוד של אטום מימן.
קו ה-21 ס"מ נצפה לראשונה ב-1951 על ידי אדוארד מילס פרסל והרולד אירווינג איוון (Harold Irving Ewen) מאוניברסיטת הרווארד. התצפיות אומתו על ידי אסטרונומים הולנדיים יאן אורט וכרסטיאן אלכסנדר מולר ועל ידי אסטרונומים אוסטרליים וילבור נורמן כריסטיאנסן (Wilbur Norman Christiansen) והינדמן (Hindman). לאחר 1952 החלו למפות את המימן הנייטרלי בשביל החלב ובכך הצליחו להבין את המבנה הספירלי של גלקסיה זו.

ברדיו-אסטרונומיה

לקרינה באורך גל של 21 סנטימטרים יש יכולת חדירה רבה דרך אטמוספירת כדור הארץ ולכן ניתן למדוד קרינה קוסמית זו באמצעות טלסקופי רדיו קרקעיים. 
בהנחה שהמימן הנייטרלי מפולג יחסית באופן אחיד ביקום, נצפה לקבל מכל כיוון מדידה פוטונים המתאימים לאורך גל זה. ההבדל היחיד נובע מהסחת דופלר של קווים אלו עקב תנועה של החומר ביחס למודד (כלומר כדור הארץ). כך ניתן למצוא את המהירות היחסית לכל זרוע ספירלית בגלקסיה שלנו. עקומת סיבוב גלקטית ניתנת למדידה בשיטה זו, כאשר מודדים את מהירות הסיבוב של החומר בגלקסיה כפונקציה של מרחקו מהמרכז. 
בנוסף, ניתן להשתמש בקווי הפליטה של מימן על מנת להעריך באופן עקיף את מסתה של גלקסיה ואת הדינמיקה הפנימית שלה ולתת חסם עליון לקבוע הכבידה העולמי (קבוע ניוטון).

חישה מרחוק בכדור הארץ

לקו המימן יש חשיבות בשיטות חישה מרחוק. הלוויין SMOS (קיצור של Soil Moisture and Ocean Salinity) של סוכנות החלל האירופאית משתמש בכלי ייחודי בשם MIRAS (קיצור של Microwave Imaging Radiometer with Aperture Synthesis) למדידת מליחות פני האוקיינוסים ולחות הקרקע של כדור הארץ. כלי מדידה זה משתמש בקרינה אלקטרומגנטית בתחום של 1400–1427 מגה הרץ, כלומר תחום המכיל את התדר של קו המימן הנייטרלי. לקו המימן יש חתימה ייחודית ומובהקת שעוזרת לאתר את המימן בקלות.

חיפוש חיים מחוץ לכדור הארץ

בתוכנית SETI, המחפשת אחר חיים מחוץ לכדור הארץ קיימת התעניינות בקו ה-21 ס"מ. לדוגמה, מספר חוקרים הטוענים שציוויליזציות חוצניות ניתנות לאיתור באמצעות תצפיות בתחום המיקרו.
הצעה אחרת היא חיפוש אחר קו בתדרים שהם כפלות שלמות של פאי כפול תדירות קו המימן. מכיוון שפאי הוא מספר טרנסצנדנטי, תדירות כזאת אינה יכולה להיות מושגת בתופעה טבעית ואיתורה יצביע על מקור מלאכותי של הקרינה.