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title: "星光怎样改变星系间的氢"
description: "从恒星紫外光到电离泡和中性氢信号，循序推导光子计数，并读懂HERA已发表的21厘米上限。"
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language: "zh-CN"
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  en: "https://sandboxphysics.com/stories/reionization/"
last_modified: "2026-11-12"
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# 星光怎样改变星系间的氢

Sandbox Physics · 2026-11-12

从星系里逃出的紫外光开始，数清电离与复合，再跟随一片膨胀气体，读出中性氢留下的无线电信号。新量出现时，都有例子可以边读边算。

1. L1 · 概念

   ## [星系的光怎样改变宇宙中的氢](https://sandboxphysics.com/zh/stories/reionization/starlight-and-hydrogen/)

   年轻星系逸出的紫外光能电离星系间的氢；这些光还要不断补偿电子与质子重新结合造成的损失。

2. L2 · 推导与例题

   ## [电离一半究竟是什么意思](https://sandboxphysics.com/zh/stories/reionization/ionized-volume-and-local-fraction/)

   一半体积完全电离，与每处气体都有一半氢电离，可以有相同平均值，却有不同的复合速度。

3. L2 · 推导与例题

   ## [一片膨胀的气体需要多少光](https://sandboxphysics.com/zh/stories/reionization/photons-in-an-expanding-box/)

   电离区的体积由逃逸光子的供给与复合损耗共同决定；用固定共动体积数氢核，可以把膨胀放进同一个方程。

4. L3 · 推导与例题

   ## [两个电离泡相遇以后，光去了哪里](https://sandboxphysics.com/zh/stories/reionization/when-ionized-bubbles-overlap/)

   同一时刻的重叠体积只能计一份；从数光子的例子理解过量体积怎样继续分配，以及总量为何不能唯一决定泡的形状。

5. L3 · 推导与例题

   ## [从中性氢的信号读出电离泡](https://sandboxphysics.com/zh/stories/reionization/reading-a-neutral-hydrogen-map/)

   在高自旋温度近似下，中性氢减少会削弱理想21厘米信号；从能级与亮温走到平均值、傅里叶功率和丢失的相位信息。

6. L3 · 复算方法

   ## [亲手复算一段电离历史](https://sandboxphysics.com/zh/stories/reionization/recompute-a-fixed-source-history/)

   从原始单元数组出发，检查光子收支，再用独立积分和傅里叶投影复算电离历史与空间起伏。

7. L4 · 论文阅读

   ## [怎样读懂HERA给出的21厘米上限](https://sandboxphysics.com/zh/stories/reionization/reading-hera-upper-limits/)

   从HERA的功率谱图和两行原表入手，分清带符号的估计、误差、窗口与上限，再看这些数字怎样限制早期宇宙。