空间作为光谱实验室：基于 SOFIA/upGREAT 对 [$^{13}$C II] 超精细结构的高分辨率光谱观测

[$^{12}$C II] 在 158 $\mu$m 的发射是星际介质的关键冷却线，能够在谱分辨观测中追踪气体运动学。其光谱轮廓常因光学深度效应而被修改。通过与来自较不丰富同位素 $^{13}$C 的发射进行比较，可重建固有的线形状。由于额外的中子自旋，[$^{13}$C II] 发射分为三个超精细结构 (hfs) 过渡。实验测量已提供了质心频率和最强分量 ($F=2-1$)；另外两个较弱分量 ($F=1-0$ 和 $F=1-1$)仅从量子力学计算中推断得出。磁偶极 hfs 常数尚未被实验测量。SOFIA 上升级德国热频率天文接收器 (upGREAT) 的高光谱分辨率使得同时检测到所有三个 hfs 过渡成为可能。从这些天文数据中，我们首次确定了 [$^{13}$C II] $2s^2\,2p\,{}^2P^\circ$ 基态的磁偶极 hfs 常数 $A_{1/2}^{\rm hf} = 810.71(11)$ MHz 和 $A_{3/2}^{\rm hf} = 162.18(5)$ MHz。结合实验质心频率，这给出了所有三个 hfs 线的固有频率。使用 [$^{12}$C II] 作为参考，我们也提高了 [$^{13}$C II] 质心频率的精度。这一工作表明，谱分辨的天文观测可以约束基本原子性质，其 hfs 精度可与实验测量相抗衡。该方法可推广到其他难以获得实验数据的原子和分子过渡。