COBE

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 27. januar 2021; checks kræver 3 redigeringer .
Cosmic Background Explorer (COBE)
Organisation NASA
Hovedentreprenører Center for Rumflyvninger. Goddard
COSPAR ID 1989-089A
NSSDCA ID 1989-089A
SCN 20322
Beliggenhed Jordens kredsløb
Banehøjde 900,2 km
Omløbsperiode 103 minutter
Frokost aftale 18. november 1989
Startsted Vandenberg Air Force Base Launch Complex 2 [d] [1]
Orbit launcher Delta
Varighed ≈4 år
Vægt 2270 kg
videnskabelige instrumenter
  • DIRBE
 Diffus infrarød baggrundseksperiment
  • FIRAS
 Fjern-infrarødt absolut spektrofotometer
  • DMR
 Differentiel mikrobølgeradiometer
Missions logo
Internet side lambda.gsfc.nasa.gov/product/cobe
 Mediefiler på Wikimedia Commons

Cosmic Background Explorer ( COBE ), også kendt som Explorer 66  , er et amerikansk rumobservatorium dedikeret til forskning i kosmologi og kosmogoni; Observatoriets hovedopgave var at studere universets kosmiske baggrund (nogle gange også kaldet mikrobølgebaggrunden).

Observatorieobservationer gjorde det muligt at måle karakteristikaene for universets baggrundsbaggrund med hidtil uset nøjagtighed. Resultaterne af observatoriets observationer havde en enorm indflydelse på dannelsen af ​​det moderne billede af verden og påstanden om Big Bang -teorien som hovedhypotesen for dannelsen af ​​universet.

Et af hovedresultaterne af observatoriets arbejde var måling af små variationer i lysstyrken af ​​baggrundsbaggrunden på himlen. De to videnskabelige ledere af COBE-programmet, George Smoot og John Mather , blev tildelt Nobelprisen i fysik i 2006 for deres opdagelser inden for kosmologi . Ifølge Nobelkomiteen - "er resultaterne af COBE-observatoriet udgangspunktet for kosmologi som en eksakt videnskab."

Historie

I konkurrencen om små og mellemstore rumobservatorier, annonceret af NASA i 1974, blandt 121 projekter, diskuterede 3 projekter muligheden for at studere mikrobølgebaggrunden. På trods af at disse projekter tabte til IRAS -observatoriet i den ovennævnte konkurrence , opgav NASA ikke forskning i mikrobølgeområdet. I 1976 blev der blandt deltagerne i disse tre projekter i 1974-konkurrencen nedsat en kommission, hvis opgave var at samle de tre projekter til ét. Et år senere foreslog kommissionen konceptet med en COBE-satellit i polarkredsløb, der kunne opsendes ved hjælp af enten en Delta løfteraket eller en shuttle . Satellittens videnskabelige udstyr skulle bestå af følgende instrumenter: Differential Microwave Radiometer / DMR - et meget følsomt radiometer til måling af anisotropien af ​​lysstyrken af ​​baggrundsstrålingen på himlen (supervisor J. Smoot), Far-InfraRed Absolute Spektrofotometer / FIRAS - et mikrobølge- og fjerninfrarødt spektrofotometer til måling af CMB absolut spektrum (supervisor J. Mather), Diffuse InfraRed Background Experiment/DIRBE — multikanal infrarødt fotometer (supervisor M. Hauser). Fordi de planlagte omkostninger ved projektet var mindre end $30 millioner (ikke inklusive løfteraketten og efterfølgende observationsdataanalyse), støttede NASA projektet.

På grund af uforudsete omkostningsoverskridelser i Explorer-programmet (hovedsageligt på grund af arbejde på IRAS- observatoriet ), blev arbejdet med etableringen af ​​COBE på Goddard Space Flight Center forsinket indtil 1981. For yderligere omkostningsbesparelser var de infrarøde detektorer og flydende helium -dewars , der kræves til COBE-drift, kopier af dem, der blev brugt til IRAS.

I fremtiden undergik satellittens planlagte kredsløb ændringer - i stedet for en polær bane blev det besluttet at bruge en heliosynkron bane og opsende observatoriet ved hjælp af Delta løfteraket .

/når arbejdet er færdigt/

Satellit

COBE-observatorieplatformen var en Explorer-serie-satellit med betydelig fællestræk med IRAS -observationssatellitten .

I lyset af meget strenge krav til at reducere mulige systematiske fejl i målinger blev der lagt særlig vægt på at bekæmpe falske signaler fra Jorden, Månen og Solen, hvilket øgede stabiliteten af ​​instrumenternes driftstemperaturer og deres amplitudekarakteristika.

For yderligere at reducere de systematiske usikkerheder ved målingerne (for eksempel for at tage højde for det såkaldte stjernetegnslys ) og for eventuelt at simulere påvirkningen af ​​falske signaler, fik satellitten en rotation med en frekvens på 0,8 omdrejninger i minuttet.

Satellittens rotationsakse blev vippet tilbage i forhold til dens hastighedsvektor for at reducere den mulige bundfældning af resterende atmosfærisk gas og hurtige partikler på instrumenternes optik.

For at kombinere kravet om relativt langsom rotation og muligheden for tre-akset kontrol af satellittens holdning blev der brugt et komplekst system af parrede gyrodiner med akser placeret langs satellittens rotationsakse. Gyrodinernes vinkelmomentum blev opretholdt på et niveau, så det samlede vinkelmoment for hele satellitten var nul.

De definerende krav til satellittens kredsløb var: behovet for at have fuld dækning af hele himlen og opretholde maksimal temperaturstabilitet af instrumenter og dewars med flydende helium. Disse krav blev fuldt ud opfyldt af den solsynkrone bane. En bane med en højde på 900 km og en hældning på 99° gjorde det muligt at opsende satellitten både ved hjælp af rumfærgen og ved hjælp af Delta -raketten, og var også et rimeligt kompromis mellem strømmen af ​​ladede partikler i nærheden af jorden og i stor afstand fra den. Parametrene for satellittens kredsløb og rotation gjorde det muligt altid at holde Jorden og Solen under en beskyttende skærm, samtidig med at man kunne dække hele himlen med observationer.

De to vigtigste komponenter i observatoriet var den flydende helium dewar og den beskyttende skærm. Dewaren indeholdt 650 liter superfluid flydende helium, som holdt FIRAS- og DIRBE-instrumenterne kølige under hele missionen. Dewarens design var fuldstændig magen til det, der blev brugt på IRAS-satellitten. Det koniske beskyttelsesskjold beskyttede COBE-instrumenterne mod stråling fra Solen, Jorden samt fra radioemissionen fra senderne af COBE selv.

Videnskabelige resultater

Observatoriets vigtigste videnskabelige instrumenter var DIRBE, FIRAS og DMR, kort beskrevet ovenfor. Instrumenternes spektralområder overlappede delvist hinanden, hvilket gjorde det muligt at udføre yderligere kontrol af instrumenternes resultater for selvkonsistens. Instrumenternes brede spektralområde gjorde det muligt at adskille de signaler, der kommer fra fysisk forskellige kilder, selve den kosmiske mikrobølgestråling (det fjerne univers), solsystemet og galaksen.

CMB-spektrum

Mens COBE-projektet har udviklet sig, er der sket en vigtig udvikling inden for CMB-forskning. For det første syntes målinger af CMB-spektret af nogle grupper at indikere betydelige afvigelser fra sortlegememodellen forudsagt af Big Bang-teorien. For det andet viste undersøgelser udført ved hjælp af balloneksperimenter [2] og ved hjælp af satellitter (det sovjetiske eksperiment " RELIKT-1 " [3] ) tilstedeværelsen af ​​en lille anisotropi af reliktens baggrundslysstyrke på skalaer af flere grader . Observationer af ballonforsøg dækkede kun en lille del af himlen, mens rumeksperimentet "Relikt-1" gjorde det muligt at dække en betydelig del af himlen. Men i lyset af det faktum, at målinger af CMB med en sådan nøjagtighed er stærkt afhængige af nøjagtigheden af ​​at tage hensyn til indflydelsen fra strålingen fra vores galakse, og målingerne af Relikt-1 kun blev udført ved én frekvens, var der ingen fuldstændig tillid til pålidelig påvisning af vinkelanisotropi. Som et resultat har videnskabsmænd spændt ventet på resultaterne af COBE-observatoriet.

De allerførste målinger af det kosmiske baggrundsspektrum ved hjælp af FIRAS-apparatet (spektrometret målte forskellen mellem himlens spektrale flux og fluxene af det indre kalibrerede sorte legeme) viste fremragende overensstemmelse med modellen for et absolut sort legeme med en temperatur på omkring 2,7 K. [fire]

Intern anisotropi af CMB

DMR-eksperimentet, det eneste eksperiment på observatoriet, hvis ydeevne ikke var afhængig af tilstedeværelsen af ​​flydende helium i dewars, bestod af en fire-årig undersøgelse af anisotropien af ​​CMB på himlen. Observationerne blev udført ved flere frekvenser, hvilket gjorde det muligt at tage højde for bidraget fra strålingen fra Galaksen. Denne funktion ved DMR-målinger er ekstremt vigtig, fordi variationerne i baggrundsstrålingen på himlen viste sig at være usædvanlig små - kun 1/100.000 af den gennemsnitlige værdi af himlens lysstyrke. Det menes i øjeblikket, at variationer i lysstyrken af ​​CMB på små vinkelskalaer afspejler de indledende forstyrrelser i tætheden af ​​det primære univers i det tidlige univers, som derefter udviklede sig som et resultat af gravitationel ustabilitet til den observerede storskalastruktur  - klynger af galakser og hulrum.

DIRBE opdagelser

På trods af, at COBE-observatoriets hovedeksperimenter var rettet mod at studere universets kosmiske baggrund, ydede DIRBE infrarøde fotometer et stort bidrag til studiet af vores galakse . Især blev der foretaget målinger af stjernetegnslyset , hvis resultater stadig er meget brugt i infrarød astronomi. Baseret på resultaterne af DIRBE-målinger blev støvfordelingsmodeller i vores Galaxy [5] og massemodeller af Galaxy [6] [7] [8] konstrueret .

Noter

  1. ↑ McDowell D. Jonathans rumrapport - International Space University .
  2. ↑ Udsving i mikrobølgebaggrunden ved mellemliggende vinkelskalaer
  3. ↑ Relikt-1-eksperimentet - Nye resultater . Hentet 7. oktober 2009. Arkiveret fra originalen 19. april 2017.
  4. ↑ Kosmisk mikrobølgebaggrundsdipolspektrum målt af COBE FIRAS-instrumentet . Hentet 7. oktober 2009. Arkiveret fra originalen 30. maj 2019.
  5. ↑ Kort over støvinfrarød emission til brug ved estimering af rødme og kosmisk mikrofon... . Dato for adgang: 7. oktober 2009. Arkiveret fra originalen 19. marts 2014.
  6. ↑ Den fotometriske struktur af den indre galakse . Hentet 7. oktober 2009. Arkiveret fra originalen 14. december 2018.
  7. ↑ Tredimensionel struktur af Mælkevejsskiven: Fordelingen af ​​stjerner og... . Hentet 7. oktober 2009. Arkiveret fra originalen 3. juli 2014.
  8. ↑ COBE diffuse infrarød baggrundseksperimentobservationer af den galaktiske bule... . Hentet 7. oktober 2009. Arkiveret fra originalen 14. december 2018.
  Gå til Wikidata-elementet  Ordbøger og encyklopædier
I bibliografiske kataloger
 Vindere af Gruber-prisen i kosmologi
 Kosmologi
Grundlæggende begreber og objekter
Universets historie
Universets struktur
Teoretiske begreber
Eksperimenter
Portal: Astronomi