 日志正文
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宇宙微波背景辐射
晴朗无月夜晚的天空，惟有群星闪烁。其背景是黑暗的，表明天空背景在可见光波上的电磁辐射极其微弱。那么在其他波段上，如无线电、红外线、х射线、γ射线等波段上，天空背景的辐射如何呢？科学家们进行了测量，发现波长几毫米至几十厘米的微波波段辐射比可见光强了100倍；而且在天空背景上，微波在各个方向上均匀分布，温度为绝对温度3K。 1934年，托尔曼第一个提到黑体辐射问题。他发现在宇宙中辐射温度的演化中，温度随著时间演化而改变，而光子的频率随时间演化也有所不同。 20世纪40年代末、50年代初，伽莫夫、阿尔法、赫尔曼等提出了宇宙大爆炸学说。他们研究了宇宙膨胀各个阶段的物理过程与物理状态，认为宇宙从奇点开始暴涨，设想如果宇宙最初的温度约为10亿度，预言现在宇宙中还残留有约4～5K的“馀热”——背景辐射，即黑体辐射。此后10多年间，宇宙大爆炸学说被许多人讥笑为无稽之谈的“玄学”。 20世纪60年代，苏联的泽尔多维奇、英国的霍伊尔，美国的皮伯斯和狄克等予以重视，加紧研究。从而重新引起了科学界对背景辐射的关注。普林斯顿大学的狄克更是设计制造了专用天线进行探测。但是装置尚未完成，就有人捷足先登了。 1964年5月，美国贝尔电话实验室安装一台口径6米多的“喇叭式”巨型天线，为了检验其低噪音性能，用以接受卫星的信号。阿诺·彭齐亚斯和罗伯特·威尔逊两位工程师将天线对向没有明显天体的天区。在7·35厘米微波波段，到处都能接收到相当于绝对温度在2·5～4·5K之间的黑体辐射。这是包括扣除仪器噪声、地面各种干扰等因素外的温度。在坚持数月观测后证实，噪声显著，而且与方向无关，没有周日变化和季节变化，可以断定与地球的公转和自转无关。它来自外太空！这就是宇宙微波背景辐射，通常也称为3K宇宙微波背景辐射、3K背景辐射。但他们只知道发现了这些物理现象，并未认识其价值。1965年初，他们在《天体物理学报》上以《在4080兆赫上额外天线温度的测量》为题发表论文，正式宣布了这个发现。 狄克、皮伯斯等立即在同一杂志上以《宇宙黑体辐射》为标题发表了一篇论文，对此发现给出了宇宙学解释：即这个额外的辐射就是宇宙微波背景辐射。这个黑体辐射对应到3K的温度。之後，在观测其他波长的背景辐射后推断出温度约为2.7K。 根据1989年11月升空的微波背景探测卫星(COBE)测量到的结果，宇宙微波背景辐射谱非常精确地符合温度为 2.726±0.010 K 的黑体辐射谱，证实了银河系相对于背景辐射有一个相对的运动速度，并且还验证，温度涨落的幅度只有大约百万分之五。目前公认的理论认为，这个温度涨落起源于宇宙在形成初期极小尺度上的量子涨落，随着宇宙的暴涨而放大到宇宙学的尺度上，并且正是由于温度的涨落，造成物质宇宙物质分布的不均匀性，最终得以形成诸如星系团等大尺度结构。 2003年，美国发射的威尔金森微波各向异性探测器对宇宙微波背景辐射在不同方向上的涨落的测量表明，宇宙的年龄是137±1亿年，在宇宙的组成成分中，所有可见物质仅仅占有4%，而23%是暗物质，73%是暗能量。宇宙目前的膨胀速度是71千米每秒每百万秒差距，宇宙空间是近乎于平直的，曾经历过暴涨的过程，并且会一直膨胀下去。 宇宙微波背景辐射的发现，是对宇宙大爆炸学说的有利验证，是自埃德温·哈勃发现宇宙膨胀以来宇宙学方面最重要的观测成就。为人类描绘宇宙创生和演化图景做出了重要贡献，并且与类星体、脉冲星、星际有机分子一道，并誉为20世纪60年代天文学四大发现之一。
当你知道银河系的中心是什么之后， 你一定庆幸太阳系在荒凉的远郊 科学家发现了一恒星有7颗行星， 其中3颗位于宜居带，已模拟其气候
最后修改于 2020-08-17 17:48
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