BBC News
Спутник готовится к сверхнизким температурам
Пол Ринкон, BBC News
Изображение с news.bbc.co.uk Проф. Джордж Смут
Джордж Смут хочет знать ответы на некоторые большие вопросы. «Я хочу знать, как возникла Вселенная, как она развивалась и каким может быть её будущее», — говорит он. Этот
американский нобелевский лауреат посвятил значительную часть своей карьеры изучению реликтового излучения (космического микроволнового фона, CMB) — «первого света», высвободившегося после Большого взрыва. Учёные вроде профессора Смута изучают это остаточное излучение, оставшееся от рождения Вселенной, в надежде ответить на некоторые из этих вопросов.
Это тусклое послесвечение, которое сегодня заполняет всё небо, несёт огромное количество информации о космосе в его младенчестве. «Когда мы смотрим в прошлое, мы видим всё, что лежит между прошлым и настоящим, и это позволяет нам заглянуть в будущее», — говорит профессор Смут. Исследователь из Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли (LBNL) в Калифорнии в прошлом году разделил Нобелевскую премию по физике со своим коллегой Джоном Мазером за работу над миссией Cosmic Background Explorer (Cobe). Спутник Cobe обнаружил едва заметные колебания температуры реликтового излучения, указывающие на волны плотности, из которых возникли первые звёзды и галактики.
Изображение с blogs.discovermagazine.com COBE — исследователь космического фона (
ещё)
Ещё один американский аппарат, Микроволновый зонд анизотропии им. Уилкинсона (WMap), был запущен в 2001 году. Он помог уточнить оценки возраста Вселенной, пролил важный свет на её состав и показал, что её форма очень близка к плоской. В середине 2009 года стартует третий спутник для изучения реликтового излучения, который займётся похожими вопросами, но под новым углом. Спутник «Планк» Европейского космического агентства (ЕКА), названный в честь великого немецкого физика Макса Планка, с беспрецедентной точностью составит карту фонового моря микроволн.
Профессор Смут выступал на пресс-конференции, посвящённой приближающемуся завершению физической «сборки» спутника «Планк» на предприятии аэрокосмической компании Alcatel Alenia Space в Каннах (Франция). «Мы рассчитываем, что эта миссия даст нам рецепт, который позволит лучше понять Вселенную», — сказал Ян Таубер, научный руководитель проекта «Планк». Профессор Смут добавил: «С помощью "Планка" мы используем реликтовое излучение Большого взрыва. Это трудно сделать, если нет контраста».
Изображение с news.bbc.co.uk «Планк» будет находиться примерно в 1,5 млн км от Земли
Контраст — одна из главных сильных сторон «Планка». Он будет наблюдать в девяти диапазонах длин волн электромагнитного спектра — всего диапазона возможного излучения от гамма-лучей до видимого света и радиоволн. У реликтового излучения в этом спектре чётко выраженная «подпись». «Мы можем использовать девять диапазонов, чтобы отличить реликтовое излучение от других сигналов переднего плана на небе», — сказал учёный из LBNL. Превосходная чувствительность, угловое разрешение и частотный диапазон «Планка» должны прояснить некоторые туманные области в нашем понимании космоса.
Немногие учёные сегодня усомнились бы в основных положениях модели Большого взрыва, согласно которой Вселенная родилась в горячем плотном огненном шаре, который постепенно расширялся и остывал. Но некоторых фундаментальных деталей о природе и эволюции Вселенной недостаёт. Например, лишь 4% Вселенной состоит из обычной видимой нам материи. Остальное — тёмная энергия (73%) и тёмная материя (23%). Их влияние можно обнаружить косвенно, но учёные не понимают их природы. «Планк» мог бы дать новую информацию о тёмной энергии, но это будет зависеть от того, что представляет собой эта загадочная величина. Эта гипотетическая форма энергии обладает отрицательным давлением и пронизывает всё пространство. Учёные предложили две основные идеи о том, чем может быть тёмная энергия.
Изображение с cass.ucsd.edu Краткая история открытия фонового излучения /
2 /
3 /
4 /
5
- Считается, что примерно через 380 000 лет после Большого взрыва вещество и излучение «разделились». Вещество впоследствии образовало звёзды и галактики; излучение распространилось и остыло. Это излучение — реликтовое — сейчас светит в радиодиапазоне при леденящей температуре −270,45 °C. Cobe показал, что спектр реликтового излучения соответствует предсказанному распределению — так называемой кривой абсолютно чёрного тела. Cobe нанёс на карту крошечные колебания температуры (пёстрые цвета, вверху) реликтового излучения. Эти колебания (анизотропия) соответствуют раннему распределению вещества. Эти данные сообщают учёным о возрасте, геометрии и судьбе космоса. Снимки более совершенного зонда WMap показывают более тонкие детали. Ожидается, что телескоп «Планк» получит изображения с наилучшим на сегодня разрешением.
Изображение с news.bbc.co.uk «Планк» проведёт полный обзор неба в реликтовом излучении (
ещё)
Первая — так называемая космологическая постоянная, впервые предложенная Альбертом Эйнштейном. Она представляет собой постоянную плотность энергии, равномерно заполняющую пространство. Согласно второй идее, тёмная энергия — это динамическое поле, называемое квинтэссенцией, плотность энергии которого меняется во времени и пространстве. «Если [тёмная энергия] — это космологическая постоянная, то "Планк" не даст так уж много дополнительной информации, — пояснил профессор Смут. — Но если это какая-то сложная тёмная энергия, вроде квинтэссенции, то вполне возможно, что "Планк" прояснит некоторые ключевые детали».
Исследователи хотят подтвердить, прошёл ли очень ранний космос через короткую фазу экспоненциального расширения, называемую инфляцией. «Инфляция позволяет нашей модели Вселенной сложиться в единое целое, но это всё ещё довольно загадочная вещь, — сказал Ян Таубер. — Мы хотим понять, происходило ли это на самом деле, и если да, то что это вызвало». Кроме того, учёные хотят понять, почему мы живём в эпоху, когда расширение Вселенной снова ускоряется. «У нас есть модель, в которой Вселенная резко расширяется. Затем расширение снова замедляется, позволяя формироваться структурам, — сказал Джордж Смут. — Теперь у нас снова этот всплеск, при котором эпоха формирования структур подходит к концу, а расширение Вселенной снова ускоряется».
Изображение с rst.gsfc.nasa.gov Rst.gsfc.nasa.gov
Космологи построили свои модели Вселенной на десятке или около того «магических чисел», объясняющих её крупномасштабные свойства. «Планк» сможет измерить эти «космологические параметры» с очень высокой точностью, чтобы выбрать модель, лучше всего соответствующую окружающей нас Вселенной. «Планк» состоит из телескопа и научных приборов, размещённых на восьмиугольном служебном модуле. Окружающая их бленда не даёт свету Солнца и Луны мешать регистрации микроволнового излучения.
Чтобы достичь научных целей, детекторы «Планка» должны работать при очень низких и стабильных температурах. Поэтому аппарат оснащён системой, охлаждающей детекторы до температур, близких к абсолютному нулю (−273,15 °C) — теоретическому состоянию нулевой тепловой энергии. «Это чрезвычайно сложная криогенная система, — сказал Томас Пассфогель, руководитель программы "Планк" в ЕКА. — Думаю, это первый раз, когда космическая миссия опускается до таких низких температур, чтобы обеспечить непрерывную работу детекторов такой чувствительности».
Аппарат должен стартовать на ракете Ariane 5 с космодрома Куру во Французской Гвиане. Ракета Ariane одновременно выведет в космос «Планк» и ещё одну миссию — инфракрасный телескоп «Гершель». С зеркалом диаметром 3,5 м «Гершель» станет орбитальным телескопом с самым большим зеркалом из когда-либо развёрнутых в космосе. Вместе «Планк» и «Гершель» исследуют холодную Вселенную. Но вместо того чтобы искать формирование Вселенной, главной задачей «Гершеля» будет наблюдение за формированием звёзд и галактик.
Leaderu.com:
Стивен Хокинг, Большой взрыв и Бог
