COBE

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук
Cosmic Background Explorer (COBE)
Cosmic Background Explorer logo.jpg
Організація: НАСА
Розташування: Орбіта Землі
Сайт: lambda.gsfc.nasa.gov / product / cobe

Cosmic Background Explorer (COBE), також відомий як Explorer 66 — супутник, космічна обсерваторія, присвячена космологічним дослідженням. Основним завданням обсерваторії було вивчення реліктового фону Всесвіту (іноді званого також мікрохвильовим фоном).

Спостереження обсерваторії дозволили виміряти характеристики реліктового фону Всесвіту з безпрецедентною точністю. Результати спостережень обсерваторії зробили величезний вплив на формування сучасної картини світу і затвердження теорії Великого вибуху як основної гіпотези формування Всесвіту.

Одним з основних результатів роботи обсерваторії стало вимірювання малих варіацій яскравості реліктового фону на небі. Два наукових керівника програми COBE Джордж Смут і Джон Мазер у 2006 році були удостоєні Нобелівської премії з фізики за їх відкриття в області космології. Згідно з поданням Нобелівського комітету — «результати обсерваторії COBE є відправною точкою космології як точної науки».

Історія[ред.ред. код]

На конкурс малих і середніх космічних обсерваторій, оголошений НАСА в 1974 році, серед 121 проекту 3 проекти обговорювали можливість дослідження мікрохвильового фону. Попри те що у вищезгаданому конкурсі ці проекти програли обсерваторії IRAS, НАСА не відмовилася від проведення досліджень в мікрохвильовому діапазоні. У 1976 році з учасників цих трьох проектів конкурсу 1974 року була сформована комісія, завданням якої стало об'єднати три проекти в один. Через рік комісія запропонувала концепцію супутника на полярній орбіті COBE, який можна було б запустити за допомогою або ракети-носія Дельта, або шаттла. Наукова апаратура супутника повинна була складатися з таких інструментів: Differential Microwave Radiometer / DMR — високочутливий радіометр для вимірювання анізотропії яскравості реліктового випромінювання на небі (науковий керівник Дж. Смут), Far-InfraRed Absolute Spectrophotometer / FIRAS — спектрофотометр мікрохвильового й далекого інфрачервоного діапазону для вимірювання абсолютного спектру реліктового фону (науковий керівник Дж. Метер), Diffuse InfraRed Background Experiment / DIRBE — багатоканальний фотометр інфрачервоного діапазону (науковий керівник — М. Хаузер).

Запуск супутника COBE 18 листопада 1989

З огляду на те, що планована вартість проекту становила менше 30 мільйонів доларів (без обліку ракети-носія і подальшого за спостереженнями аналізу даних), НАСА підтримала проект.

Через непередбачені перевитрат програми Explorer (в основному через роботи по супутнику IRAS), роботи зі створення COBE у центрі космічних польотів імені Годдарда були затримані до 1981 року. Для додаткової економії коштів детектори інфрачервоного діапазону і дьюар для рідкого гелію, необхідні для роботи COBE, були точними копіями тих, які використовувалися для обсерваторії IRAS.

Надалі запланована орбіта супутника зазнала виміру — замість полярної орбіти було вирішено використовувати геліо-синхронну орбіту і вивести обсерваторію за допомогою ракети-носія Дельта.

Супутник[ред.ред. код]

Платформа обсерваторії COBE являла собою супутник серії Explorer з істотним уніфікація із супутником обсерваторії IRAS.

Зважаючи на дуже жорсткі вимоги щодо зменшення можливих систематичних похибок у вимірах, особлива увага приділялася боротьбі з паразитними сигналами з Землі, Місяця, Сонця, збільшення стабільності робочих температур інструментів, їх амплітудних характеристик.

Для подальшого зменшення систематичних вимірювань (наприклад, для врахування так званого зодіакального світла) і для можливого моделювання впливу паразитних сигналів супутника було надано обертання з частотою 0, 8 обертів на хвилину.

Вісь обертання супутника була відхилена назад щодо вектора його швидкості для того, щоб зменшити можливе осідання залишків атмосферного газу і швидких частинок на оптику інструментів.

COBEDiagram.jpg

Для того, щоб поєднати вимогу щодо повільного обертання і можливості тривісного контролю орієнтації супутника була застосована складна система парних гіродінів з осями розташованими вздовж осі обертання супутника. Кутовий момент гіродінов підтримувався на рівні, щоб повний кутовий момент всього супутника дорівнював нулю.

Визначальними вимоги для орбіти супутника були: необхідність мати повне покриття всього неба і підтримку максимальної температурної стабільності інструментів і дьюарів з рідким гелієм. Цим вимогам повністю задовольняла сонячно-синхронну орбіту. Орбіта з висотою 900 км і нахилом 99 ° дозволяла вивести супутник як за допомогою шаттла, так і за допомогою ракети Дельта, а також була розумним компромісом між потоком заряджених частинок поблизу Землі в на великому віддаленні від неї. Параметри орбіти і обертання супутника дозволяли завжди тримати Землю і Сонце під захисним екраном, у той же час маючи можливість покривати спостереженнями все небо.

Двома найважливішими складовими обсерваторії були дьюар з рідким гелієм і захисний екран. Дьюар містив 650 літрів надплинного рідкого гелію, який дозволяв тримати інструменти FIRAS і DIRBE охолодженими протягом усього часу роботи місії. Конструкція дьюара була повністю аналогічної конструкції використаної на супутнику IRAS. Конічний захисний екран закривав інструменти COBE від випромінювання Сонця, Землі, а також від радіовипромінювання передавачів самого COBE.

Наукові результати[ред.ред. код]

Карта анізотропії реліктового випромінювання за даними COBE

Основними науковими інструментами обсерваторії були DIRBE, FIRAS і DMR, коротенько описані вище. Спектральні діапазони інструментів частково перекривалися, що дозволяло проводити додаткові перевірки результатів інструментів на самосогласованность. Широкий спектральний діапазон інструментів дозволяв поділяти сигнали, що надходять від фізично різних джерел, власне реліктового випромінювання (дальнього Всесвіту), Сонячної системи і Галактики.

Спектр реліктового випромінювання[ред.ред. код]

Дані спектрометра FIRAS обсерваторії COBE що показують відмінне згоду виміряного спектру реліктового випромінювання з моделлю абсолютно чорного тіла, що передбачається теорією Великого вибуху

У той час як розвивався проект COBE, в області досліджень реліктового фону відбулися важливі зміни. По-перше, вимірювання спектру реліктового випромінювання, проведені деякими групами, начебто вказували на наявність значних відхилень від моделі абсолютно чорного тіла, пророкованого в теорії Великого Вибуху. По друге — дослідження, проведені за допомогою балонних експериментів [1] і за допомогою супутників (радянський експеримент «Релікт-1» [2] вказували на наявність малої анізотропії реліктової яскравості фону на масштабах кілька градусів. Спостереження балонних експериментів покривали тільки малу частину неба, у той час як космічний експеримент «Релікт-1» дозволив покрити значну частину неба. Однак, з огляду на те, що вимірювання реліктового фону з такими точностями сильно залежать від точності врахування впливу випромінювання нашої Галактики, а виміри «релікт-1» були проведені лише на одній частоті, повної впевненості в надійному виявленні кутової анізотропії не було. У результаті вчені з нетерпінням чекали результати обсерваторії COBE.

Перші ж вимірювання спектру реліктового фону при допомозі апарату FIRAS (Спектрометр вимірював різницю між спектральними потоками неба і потоками внутрішнього калібрувального чорного тіла) показали відмінну узгодженість з моделлю абсолютно чорного тіла з температурою близько 2, 7К. [3]

Внутрішня анізотропія реліктового фону[ред.ред. код]

Карти неба отримані радіометром DMR на частотах 31,5, 53 і 90 ГГц після вирахування дипольної компоненти реліктового випромінювання

Експеримент DMR, єдиний експеримент обсерваторії, працездатність якого не залежала від наявності рідкого гелію в дьюара, полягав у чотирирічному вивченні анізотропії реліктового випромінювання в небі. Спостереження проводилися на декількох частотах, що дозволило врахувати внесок випромінювання Галактики. Ця особливість вимірювань DMR надзвичайно важлива з огляду на те, що варіації реліктового випромінювання на небі виявилися надзвичайно малі — всього 1 / 100000 від середнього значення яскравості неба. В наш час[Коли?] вважається, що варіації яскравості реліктового випромінювання на малих кутових масштабах відображають початкові обурення щільності первинної речовини в ранньому Всесвіті, які потім розвинулися в результаті гравітаційної нестійкості в спостережувану великомасштабну структуру — скупчення галактик і порожнечі.

Відкриття DIRBE[ред.ред. код]

Модель розподілу пилу в Галактиці за результатами спостережень експерименту DIRBE

Попри те що основні експерименти обсерваторії COBE були спрямовані на вивчення реліктового фону Всесвіту, фотометр інфрачервоного діапазону DIRBE зробив великий внесок у вивчення нашої Галактики. Зокрема, були проведені вимірювання зодіакального світла, результати яких досі широко використовуються в інфрачервоної астрономії. За результатами вимірювань DIRBE були побудовані моделі розподілу пилу в нашій Галактиці. [4] , Масові моделі Галактики [5]

[6]

[7]

Примітки[ред.ред. код]