Vandenilio linija paprastai reiškia šaltų vandenilio dujų radijo dažnių spinduliavimą tarpžvaigždinėje erdvėje. Mūsų galaktikoje ir kitose galaktikose plūduriuoja didžiulis vandenilio kiekis. Dalį šių dujų kaitina netoliese esančios žvaigždės, todėl jos skleidžia elektromagnetinę spinduliuotę matomame spektre – kitaip tariant, šviesą. Tačiau didžioji jo dalis yra toli nuo jokio šilumos šaltinio, bet vis dėlto yra aptinkama dėl to, kad radijo spektro dalyje ji skleidžia 8.3 colio (21.1 centimetro) bangos ilgio elektromagnetinę spinduliuotę. Tai žinoma kaip 21 centimetro linija arba vandenilio linija, o jos egzistavimą numatė olandų astronomas Hendrikas van de Hulstas 1944 m.
Remiantis kvantine teorija, atomo elektronai gali turėti tik tam tikrus fiksuotus energijos lygius, tarp kurių nėra nieko. Žemiausias energijos lygis yra žinomas kaip „pagrindinė būsena“. Elektronai gali sugerti energiją, todėl jie „peršoka“ į aukštesnį energijos lygį, tačiau anksčiau ar vėliau jie nukris atgal į žemesnį lygį ir galiausiai į pradinę būseną, o laikas atvirkščiai proporcingas perteklinės energijos kiekiui. . Kai elektronas nukrenta lygiu, papildoma energija išsiskiria kaip elektromagnetinė spinduliuotė, kurios dažnis atitinka energijos skirtumą tarp dviejų lygių.
Elektromagnetinės spinduliuotės dažnis yra proporcingas jos energijai: kuo didesnė energija, tuo didesnis dažnis. Šis ryšys apibūdinamas Plancko lygtimi: E = hf, kur E yra energija, f yra dažnis, o h yra Planko konstanta, kurios reikšmė yra apytiksliai 6.626 * 10-34 džaulio sekundės. Bangos ilgį galima apskaičiuoti tiesiog šviesos greitį padalijus iš dažnio. Taigi, elektronui nukritus iš aukštesnio energijos lygio į žemesnį, bus išspinduliuojama tam tikro fiksuoto dažnio ir bangos ilgio elektromagnetinė spinduliuotė, susijusi su energijos skirtumu. Ši spinduliuotė rodoma siauromis linijomis emisijos spektre.
Kiekvienas elementas turi būdingą unikalų emisijos spektrą, susidedantį iš eilės linijų tam tikruose bangos ilgiuose. Vandenilio spektrinę seriją sudaro daugybė spektro linijų, iš kurių keturios yra matomoje spektro dalyje. Viena iš jų, raudona linija, žinoma kaip H-alfa, yra plačiai naudojama astronomijoje aptikti jonizuotą vandenilį ūkuose. Visos šios vandenilio emisijos linijos gali būti laikomos vandenilio linija, tačiau šis terminas dažniausiai reiškia radijo spinduliavimą, kurį sukelia šaltos vandenilio dujos esant bangos ilgiui.
21 centimetro. Taip yra dėl kitokio fizinio proceso. Vis dėlto galioja tos pačios taisyklės dėl energijos, dažnio ir bangos ilgio.
Elektronai ir protonai turi kvantinę savybę, vadinamą „sukimu“, kuri gali turėti dvi galimas kryptis. Kadangi vandenilio atomas susideda iš vieno protono ir vieno elektrono, jis gali turėti du sukimus ta pačia kryptimi arba skirtingomis kryptimis. Pirmuoju atveju atomas turi šiek tiek daugiau energijos ir galiausiai nukris iki mažesnės energijos būsenos, kai elektronas keičia sukimąsi. Papildoma energija išspinduliuojama kaip elektromagnetinė spinduliuotė, o kadangi energijos skirtumas yra mažas, spinduliuotė turi ilgą bangos ilgį ir žemą dažnį: atitinkamai 21 centimetras ir 1420.4 MHz. Mažas energijos skirtumas taip pat reiškia, kad bet kuris vandenilio atomas, esantis toje pačioje sukimosi būsenoje, vidutiniškai užtruks labai ilgai – kelis milijonus metų, kad nukristų į priešingo sukimosi būseną; tačiau galaktikoje yra tiek daug šalto vandenilio, kad bet kuriuo metu pakankamai vandenilio atomų skleis 21 centimetro radijo bangas, kad jas būtų galima aptikti.
21 centimetro liniją 1951 metais aptiko Haroldas Ewenas ir Edwardas Purcellas. Jis pasirodė esąs itin svarbus radijo astronomijoje. Didžiąją mūsų galaktikos dalį nuo akių slepia dideli dulkių debesys, kurie nepraleidžia pro juos žvaigždžių šviesos. Tačiau radijo bangų netrukdo dulkių debesys, o kadangi galaktikoje yra daug šalto vandenilio, galaktiką galima stebėti ir sudaryti žemėlapius naudojant radijo spinduliuotę vandenilio linijoje. Radijo astronomija, naudojant vandenilio liniją, leido mums nustatyti mūsų galaktikos dydį, formą ir struktūrą.
Vandenilio linija taip pat turi didelę reikšmę „Extra Terrestrial Intelligence“ paieškai (SETI). Manoma, kad labai įmanoma, kad technologiškai pažengusi civilizacija gali panaudoti šį dažnį bandydama susisiekti su kitomis civilizacijomis. Dažnis buvo naudojamas ne tik klausytis gaunamų pranešimų, bet ir juos siųsti. Erdvėlaiviuose Pioneer 10 ir 11, kuriems lemta neribotą laiką dreifuoti tarpžvaigždinėje erdvėje, yra plokštelės, vaizduojančios vandenilio liniją, jos bangos ilgį, dažnį ir už jos esančią fiziką. Tai matavimo vienetas, kurį, kaip manoma, gali suprasti ateiviai.