Tūkstančius metų žmogus mąstė apie Visatą ir siekė nustatyti tikrąją jos apimtį. Iki 20-ojo amžiaus mokslininkai pradėjo suprasti, kokia didžiulė (o gal net nesibaigianti) Visata iš tikrųjų yra.
Ir žvelgdami į kosmosą, ir giliau atgal, kosmologai atrado tikrai nuostabių dalykų. Pavyzdžiui, septintajame dešimtmetyje astronomai sužinojo apie visomis kryptimis aptinkamą mikrobangų foninę radiaciją. Žinomas kaip kosminis mikrobangų fonas (CMB), šios spinduliuotės buvimas padėjo mums suprasti, kaip prasidėjo Visata.
Apibūdinimas:
CMB iš esmės yra elektromagnetinė spinduliuotė, likusi nuo ankstyvosios kosmologinės epochos, persmelkiančios visą Visatą. Manoma, kad ji susiformavo praėjus maždaug 380 000 metų po Didžiojo sprogimo ir joje yra subtilių nuorodų, kaip susiformavo pirmosios žvaigždės ir galaktikos. Nors ši spinduliuotė nematoma naudojant optinius teleskopus, radijo teleskopai gali aptikti silpną signalą (arba švytėjimą), stipriausią radijo spektro mikrobangų srityje.
CMB yra matomas 13,8 milijardo šviesos metų atstumu visomis kryptimis nuo Žemės, todėl mokslininkai turi nustatyti, kad tai yra tikrasis Visatos amžius. Tačiau tai nėra tikrasis Visatos mastas. Atsižvelgiant į tai, kad kosminė erdvė nuo pat ankstyvosios Visatos yra išsiplėtusi (ir plečiasi greičiau nei šviesos greitis), CMB yra tik tolimiausias laiko tarpas, kurį mes galime pamatyti.
Ryšys su didžiuoju sprogimu:
CMB yra pagrindinė Didžiojo sprogimo teorijos ir modernių kosmologinių modelių (tokių kaip „Lambda-CDM“ modelis) dalis. Teorijos žiniomis, kai Visata gimė prieš 13,8 milijardo metų, visa materija sutirštėjo į vieną begalinio tankio ir didžiulės šilumos tašką. Dėl ypatingo karščio ir medžiagos tankio Visatos būsena buvo labai nestabili. Staiga šis taškas pradėjo plėstis ir prasidėjo visata, kaip mes ją žinome.
Tuo metu erdvė buvo užpildyta tolygiu baltai karštos plazmos dalelių švytėjimu - kurį sudarė protonai, neutronai, elektronai ir fotonai (šviesa). Nuo Didžiojo sprogimo nuo 380 000 iki 150 milijonų metų fotonai nuolat sąveikavo su laisvaisiais elektronais ir negalėjo nukeliauti ilgų atstumų. Todėl ši epocha šnekamojoje kalboje vadinama „tamsiaisiais amžiais“.
Visatai plečiantis, ji atvėso iki taško, kuriame elektronai galėjo sujungti su protonais, kad sudarytų vandenilio atomus (dar žinomi kaip rekombinacijos laikotarpis). Trūkstant laisvų elektronų, fotonai galėjo netrukdomai judėti per Visatą ir jis pradėjo pasirodyti toks, koks yra šiandien (t. Y. Skaidrus ir persmelktas šviesos). Per daugybę milijardų metų Visata toliau plėtėsi ir smarkiai atvėso.
Dėl erdvės išsiplėtimo fotonų bangos ilgiai padidėjo (pasidarė „raudoni“) iki maždaug 1 milimetro, o jų faktinė temperatūra sumažėjo iki šiek tiek daugiau nei absoliutus nulis - 2,7 kelvinas (–270 ° C; –454 ° F). Šie fotonai užpildo „Space“ žurnalą ir atrodo kaip fono spindesys, kurį galima aptikti tolimojo infraraudonųjų spindulių ir radijo bangų ilgiuose.
Studijų istorija:
CMB egzistavimą pirmą kartą teoretikavo ukrainiečių-amerikiečių fizikas George'as Gamow'as kartu su savo studentais Ralphu Alpheriu ir Robertu Hermanu 1948 m. Ši teorija buvo paremta jų atliktais šviesos elementų (vandenilio, helio ir ličio) per pačią ankstyvąją Visatą. Iš esmės jie suprato, kad norint susintetinti šių elementų branduolius, ankstyvoji Visata turėjo būti ypač karšta.
Jie toliau teoretikavo, kad šio ypač karšto periodo likusi radiacija persmelks Visatą ir bus aptinkama. Dėl Visatos išsiplėtimo jie apskaičiavo, kad šios foninės radiacijos žemoji temperatūra bus 5 K (-268 ° C; -450 ° F) - tik penkiais laipsniais aukščiau absoliutaus nulio - tai atitinka mikrobangų bangos ilgį. Tik 1964 m. Buvo nustatyti pirmieji CMB įrodymai.
Tai lėmė amerikiečių astronomų Arno Penziaso ir Roberto Wilsono panaudotas Dicke radiometras, kurį jie ketino panaudoti radijo astronomijos ir palydovinio ryšio eksperimentams. Tačiau atlikdami pirmąjį matavimą, jie pastebėjo 4,2K antenos temperatūros viršijimą, kurio negalėjo atsiskaityti ir tai galėjo paaiškinti tik foninės spinduliuotės buvimu. Už atradimą Penziasas ir Wilsonas 1978 m. Buvo apdovanoti Nobelio fizikos premija.
Iš pradžių CMB aptikimas sukėlė nesutarimų tarp skirtingų kosmologinių teorijų šalininkų. Nors Didžiojo sprogimo teorijos šalininkai teigė, kad tai buvo „relikvinė radiacija“, likusi iš Didžiojo sprogimo, Pastoviojo būsenos teorijos šalininkai tvirtino, kad tai buvo išsklaidytos žvaigždžių šviesos iš tolimų galaktikų pasekmė. Tačiau aštuntajame dešimtmetyje buvo pasiektas mokslinis sutarimas, kuris buvo palankus Didžiojo sprogimo interpretacijai.
Devintajame dešimtmetyje antžeminės priemonės nustatė vis griežtesnes CMB temperatūrų skirtumų ribas. Tarp jų buvo sovietinė RELIKT-1 misija palydove „Prognoz 9“ (paleista 1983 m. Liepą) ir NASA misija „Cosmic Background Explorer“ (COBE) (kurios išvados buvo paskelbtos 1992 m.). Už savo darbą 2006 m. COBE komanda gavo Nobelio fizikos premiją.
COBE taip pat nustatė pirmąjį CMB akustinį smailį, akustinius virpesius plazmoje, atitinkančius didelius tankio pokyčius ankstyvojoje visatoje, kuriuos sukėlė gravitacinis nestabilumas. Per ateinantį dešimtmetį sekė daugybė eksperimentų, kuriuos sudarė eksperimentai ant žemės ir oro balionų, kurių tikslas buvo pateikti tikslesnius pirmosios akustinės smailės išmatavimus.
Antrasis akustinis pikas buvo preliminariai aptiktas keliais eksperimentais, tačiau nebuvo galutinai aptiktas, kol 2001 m. Nebuvo dislokuotas Wilkinsono mikrobangų anizotropijos zondas (WMAP). Nuo 2001 m. Iki 2010 m., Kai misija buvo baigta, WMAP aptiko ir trečią pikas. Nuo 2010 m. CMB stebėjo kelios misijos, kad būtų galima geriau įvertinti poliarizaciją ir mažus tankio pokyčius.
Tai apima antžeminius teleskopus, tokius kaip QUEST at DASI (QUaD) ir Pietų ašigalio teleskopą Amudsen-Scott Pietų ašigalio stotyje, bei Atacama kosmologinį teleskopą ir Q / U Imaging ExperimenT (QUIET) teleskopą Čilėje. Tuo tarpu Europos kosmoso agentūra Plankas erdvėlaivis toliau matuoja CMB iš kosmoso.
CMB ateitis:
Remiantis įvairiomis kosmologinėmis teorijomis, Visata tam tikru momentu gali nustoti plėstis ir pradėti grįžti atgal, o kulminacija yra žlugimas, po kurio eina kitas Didysis sprogimas - dar žinomas. didžiojo krizės teorija. Pagal kitą scenarijų, žinomą kaip „Didysis plyšys“, Visatos plėtimasis priveda prie to, kad visa materija ir pats erdvėlaikis bus suardyti.
Jei nė vienas iš šių scenarijų nėra teisingas, ir Visata toliau plėtėsi įsibėgėjančiu greičiu, CMB tęsia raudoną poslinkį iki vietos, kur jos nebeįmanoma aptikti. Šiuo metu jį aplenks pirmoji žvaigždžių šviesa, sukurta Visatoje, o vėliau visatos ateityje įvyks foniniai radiacijos laukai, kuriuos sukuria procesai, kurie, kaip manoma, įvyks.
Čia „Space Magazine“ esame parašę daug įdomių straipsnių apie kosminės mikrobangos fone. Štai kas yra kosminė mikrobangų foninė radiacija? Didžiojo sprogimo teorija: mūsų visatos evoliucija, kas buvo kosminė infliacija? Siekimas suprasti ankstyviausią visatą, orientyrų atradimas: nauji rezultatai pateikia tiesioginį kosminės infliacijos įrodymą ir kaip greitai visata plečiasi? Hablo ir „Gaia“ komanda atliks tiksliausius iki šiol atliktus matavimus.
Norėdami gauti daugiau informacijos, apsilankykite NASA WMAP misijos puslapyje ir ESA „Planck“ misijos puslapyje.
Astronomijos aktoriai taip pat turi informacijos šia tema. Klausykite čia: 5 epizodas - didysis sprogimas ir kosminės mikrobangos fonas
Šaltiniai:
- ESA - „Planck“ ir kosminių mikrobangų fonas
- Visatos fizika. Kosminis foninis spinduliavimas
- Kosmosas - kosminis mikrobangų fonas
- Vikipedija - kosminis mikrobangų fonas
