COBE

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită la 27 ianuarie 2021; verificările necesită 3 modificări .
Cosmic Background Explorer (COBE)
Organizare NASA
Antreprenori principali Centrul pentru Zboruri Spațiale. Goddard
ID COSPAR 1989-089A
ID NSSDCA 1989-089A
SCN 20322
Locație orbita Pământului
Altitudinea orbitei 900,2 km
Perioada de circulatie 103 minute
Data lansării 18 noiembrie 1989
Site de lansare Complexul de lansare al bazei aeriene Vandenberg 2 [d] [1]
Lansator orbital Delta
Durată ≈4 ani
Greutate 2270 kg
instrumente științifice
  • DIRBE
 Experiment de fundal cu infraroșu difuz
  • FIRAS
 Spectrofotometru absolut cu infraroșu îndepărtat
  • DMR
 Radiometru diferențial cu microunde
Logo-ul misiunii
Site-ul web lambda.gsfc.nasa.gov/product/cobe
 Fișiere media la Wikimedia Commons

Cosmic Background Explorer ( COBE ), cunoscut și sub numele de Explorer 66  , este un observator spațial american dedicat cercetării în cosmologie și cosmogonie; Sarcina principală a observatorului a fost să studieze fundalul cosmic al Universului (numit uneori și fundalul cu microunde).

Observațiile observatorii au făcut posibilă măsurarea caracteristicilor fundalului de fundal al Universului cu o acuratețe fără precedent. Rezultatele observațiilor observatorului au avut un impact uriaș asupra formării imaginii moderne a lumii și asupra afirmării teoriei Big Bang ca principală ipoteză pentru formarea Universului.

Unul dintre principalele rezultate ale muncii observatorului a fost măsurarea micilor variații ale luminozității fundalului de pe cer. Cei doi directori științifici ai programului COBE, George Smoot și John Mather , au primit Premiul Nobel pentru Fizică în 2006 pentru descoperirile lor în cosmologie . Potrivit Comitetului Nobel – „rezultatele observatorului COBE sunt punctul de plecare al cosmologiei ca știință exactă”.

Istorie

În competiția pentru observatoarele spațiale mici și mijlocii, anunțată de NASA în 1974, dintre 121 de proiecte, 3 proiecte au discutat despre posibilitatea studierii fondului de microunde. În ciuda faptului că aceste proiecte au pierdut în fața observatorului IRAS în competiția menționată mai sus , NASA nu a abandonat cercetările în domeniul microundelor. În 1976, din participanții la aceste trei proiecte ale competiției din 1974, s-a format o comisie, a cărei sarcină era să combine cele trei proiecte într-unul singur. Un an mai târziu, comisia a propus conceptul unui satelit COBE cu orbită polară care ar putea fi lansat fie folosind un vehicul de lansare Delta , fie o navetă . Echipamentul științific al satelitului trebuia să fie format din următoarele instrumente: Radiometru diferențial cu microunde / DMR - un radiometru extrem de sensibil pentru măsurarea anizotropiei luminozității radiației de fundal pe cer (supervizor J. Smoot), Absolut Infraroșu îndepărtat Spectrofotometru / FIRAS - un spectrofotometru cu microunde și infraroșu îndepărtat pentru măsurarea spectrului absolut CMB (supervizor J. Mather), Diffuse InfraRed Background Experiment/DIRBE — fotometru cu infraroșu multicanal (supervizor M. Hauser). Deoarece costul planificat al proiectului a fost mai mic de 30 de milioane de dolari (fără a include vehiculul de lansare și analiza ulterioară a datelor observaționale), NASA a sprijinit proiectul.

Din cauza depășirilor neprevăzute ale costurilor din programul Explorer (în principal din cauza lucrărilor la observatorul IRAS ), lucrările la înființarea COBE la Centrul de Zbor Spațial Goddard au fost amânate până în 1981. Pentru economii suplimentare de costuri, detectoarele cu infraroșu și dewarurile de heliu lichid necesare pentru funcționarea COBE au fost replici ale celor utilizate pentru IRAS.

În viitor, orbita planificată a satelitului a suferit modificări - în loc de o orbită polară , s-a decis să se utilizeze o orbită helio-sincronă și să se lanseze observatorul folosind vehiculul de lansare Delta .

/când ai terminat munca/

Satelit

Platforma observatorului COBE a fost un satelit din seria Explorer, cu puncte comune semnificative cu satelitul observator IRAS .

Având în vedere cerințele foarte stricte de reducere a posibilelor erori sistematice în măsurători, s-a acordat o atenție deosebită combaterii semnalelor false de la Pământ, Lună și Soare, creșterea stabilității temperaturilor de funcționare a instrumentelor și a caracteristicilor lor de amplitudine.

Pentru a reduce și mai mult incertitudinile sistematice ale măsurătorilor (de exemplu, pentru a ține seama de așa-numita lumină zodiacală ) și pentru a simula eventual influența semnalelor false, satelitului i s-a dat o rotație la o frecvență de 0,8 rotații pe minut.

Axa de rotație a satelitului a fost înclinată înapoi în raport cu vectorul său de viteză pentru a reduce posibila depunere a gazului atmosferic rezidual și a particulelor rapide pe optica instrumentelor.

Pentru a combina cerința de rotație relativ lentă și posibilitatea controlului pe trei axe al atitudinii satelitului, a fost utilizat un sistem complex de girodine pereche cu axe situate de-a lungul axei de rotație a satelitului. Momentul unghiular al girodinelor a fost menținut la un nivel astfel încât momentul unghiular total al întregului satelit a fost zero.

Cerințele definitorii pentru orbita satelitului au fost: necesitatea de a avea o acoperire completă a întregului cer și de a menține stabilitatea maximă a temperaturii instrumentelor și dewars cu heliu lichid. Aceste cerințe au fost pe deplin satisfăcute de orbita sincronă cu soarele. O orbită cu o înălțime de 900 km și o înclinare de 99 ° a făcut posibilă lansarea satelitului atât cu ajutorul navetei , cât și cu ajutorul rachetei Delta și a fost, de asemenea, un compromis rezonabil între fluxul de particule încărcate din apropiere. Pământul și la mare distanță de acesta. Parametrii orbitei și rotației satelitului au făcut posibilă menținerea întotdeauna a Pământului și a Soarelui sub un ecran de protecție, putând, în același timp, acoperi întregul cer cu observații.

Cele mai importante două componente ale observatorului au fost dewarul cu heliu lichid și ecranul de protecție. Dewarul conținea 650 de litri de heliu lichid superfluid, care a menținut la rece instrumentele FIRAS și DIRBE pe toată durata misiunii. Designul dewar a fost complet similar cu cel folosit pe satelitul IRAS. Scutul de protecție conic a protejat instrumentele COBE de radiațiile de la Soare, Pământ, precum și de emisiile radio ale emițătorilor COBE însuși.

Rezultate științifice

Principalele instrumente științifice ale observatorului au fost DIRBE, FIRAS și DMR, descrise pe scurt mai sus. Gamele spectrale ale instrumentelor s-au suprapus parțial, ceea ce a făcut posibilă efectuarea unor verificări suplimentare ale rezultatelor instrumentelor pentru auto-consistență. Gama spectrală largă a instrumentelor a făcut posibilă separarea semnalelor care provin din surse fizic diferite, radiația cosmică cu microunde în sine (Universul îndepărtat), Sistemul Solar și Galaxie.

Spectrul CMB

În timp ce proiectul COBE a evoluat, au avut loc dezvoltări importante în domeniul cercetării CMB. În primul rând, măsurătorile spectrului CMB de către unele grupuri păreau să indice abateri semnificative de la modelul de corp negru prezis de teoria Big Bang. În al doilea rând, studiile efectuate cu ajutorul experimentelor cu baloane [2] și cu ajutorul sateliților (experimentul sovietic " RELIKT-1 " [3] ) au indicat prezența unei mici anizotropii a luminozității de fundal relicte pe scări de mai multe grade. . Observațiile experimentelor cu baloane au acoperit doar o mică parte a cerului, în timp ce experimentul spațial „Relikt-1” a făcut posibilă acoperirea unei părți semnificative a cerului. Cu toate acestea, având în vedere faptul că măsurătorile CMB cu o asemenea precizie depind în mare măsură de acuratețea luării în considerare a influenței radiației galaxiei noastre, iar măsurătorile lui Relikt-1 au fost efectuate doar la o singură frecvență, a existat nu există încredere completă în detectarea fiabilă a anizotropiei unghiulare. Drept urmare, oamenii de știință au așteptat cu nerăbdare rezultatele observatorului COBE.

Primele măsurători ale spectrului de fond cosmic folosind aparatul FIRAS (spectrometrul a măsurat diferența dintre fluxurile spectrale ale cerului și fluxurile corpului negru de calibrare internă) au arătat o concordanță excelentă cu modelul unui corp absolut negru cu o temperatură. de aproximativ 2,7 K. [patru]

Anizotropia internă a CMB

Experimentul DMR, singurul experiment de la observator a cărui performanță nu depindea de prezența heliului lichid în dewar, a constat într-un studiu de patru ani al anizotropiei CMB pe cer. Observațiile au fost efectuate la mai multe frecvențe, ceea ce a făcut posibilă luarea în considerare a contribuției radiațiilor din Galaxie. Această caracteristică a măsurătorilor DMR este extrem de importantă deoarece variațiile radiației de fundal pe cer s-au dovedit a fi neobișnuit de mici - doar 1/100.000 din valoarea medie a luminozității cerului. În prezent se crede că variațiile luminozității CMB la scară unghiulară mici reflectă perturbațiile inițiale ale densității materiei primare a Universului timpuriu, care apoi s-a dezvoltat ca urmare a instabilității gravitaționale în structura observată la scară mare  - clustere. a galaxiilor și a golurilor.

Descoperirile DIRBE

În ciuda faptului că principalele experimente ale observatorului COBE au avut ca scop studierea fundalului cosmic al Universului, fotometrul cu infraroșu DIRBE a adus o mare contribuție la studiul galaxiei noastre . În special, s-au făcut măsurători ale luminii zodiacale , ale căror rezultate sunt încă utilizate pe scară largă în astronomia în infraroșu. Pe baza rezultatelor măsurătorilor DIRBE, au fost construite modele de distribuție a prafului în Galaxy [5] și modele de masă ale Galaxy [6] [7] [8] .

Note

  1. ↑ McDowell D. Jonathan's Space Report - International Space University .
  2. ↑ Fluctuații ale fondului de microunde la scale unghiulare intermediare
  3. ↑ Experimentul Relikt-1 - Rezultate noi . Consultat la 7 octombrie 2009. Arhivat din original la 19 aprilie 2017.
  4. ↑ Spectrul dipol de fundal cosmic cu microunde măsurat cu instrumentul COBE FIRAS . Consultat la 7 octombrie 2009. Arhivat din original la 30 mai 2019.
  5. ↑ Hărți ale emisiilor de praf în infraroșu pentru utilizare în estimarea înroșirii și a microfonului cosmic... . Data accesului: 7 octombrie 2009. Arhivat din original la 19 martie 2014.
  6. ↑ Structura fotometrică a galaxiei interioare . Consultat la 7 octombrie 2009. Arhivat din original la 14 decembrie 2018.
  7. ↑ Structura tridimensională a discului Căii Lactee: Distribuția stelelor și... . Consultat la 7 octombrie 2009. Arhivat din original la 3 iulie 2014.
  8. ↑ Observații experimentale de fundal în infraroșu difuz COBE ale umflăturii galactice... . Consultat la 7 octombrie 2009. Arhivat din original la 14 decembrie 2018.
  Accesați articolul Wikidata  Dicționare și enciclopedii
În cataloagele bibliografice
 Câștigători ai Premiului Gruber în Cosmologie
 Cosmologie
Concepte și obiecte de bază
Istoria Universului
Structura Universului
Concepte teoretice
Experimente
Portal: Astronomie