Атом водорода очень мал. Почему тогда межзвёздный водород излучает длину волны аж 21 см

Answer 1

Потому что - взаимодействием магнитных моментов электрона и протона в атоме водорода. Квант электромагнитного излучения. Радиоастрономия идёт, раздел квантовой механики, и не только .
Учебники в помощь, интернет навалом подобного.

Answer 2

Атомы (и молекулы) излучают когда в них происходит переход из одного состояния в другое. Например, электрон переходит с одной орбитали на другую, боле низкую, он излучает избыток энергии в виде света или радио (если прыгает на боле высокую, тогда недостающую энергию он должен получить откуда-то извне) .
 
Атом водорода - протон с электроном. У каждой частицы есть спин, который может быть либо "вверх", либо "вниз" и, с энергетической точки зрения, состояние, когда спины протона и электрона направлены в противоположные стороны, предпочтительно, т. е. энергия этого состояния меньше (это называется сверхтонкое расщепление спектра) .
Переход из состояния "спины протона и электрона в одну сторону" в состояние "спины в противоположные стороны" крайне маловероятен, для одного атома, в среднем, придётся ждать миллионы лет, но в скоплениях газа в космосе, атомов много и такие переходы происходят постоянно. Вот водород и излучает на этих 21см.
 
Это простым языком. боле профессиональным - см. любой учебник квантовой механики, главу о взаимодействии "спин-спин" и вероятностях переходов.