COBE

Cosmic Background Explorer ( COBE ), také známý jako Explorer 66  , je americká vesmírná observatoř věnovaná výzkumu v kosmologii a kosmogonii; Hlavním úkolem observatoře bylo studium kosmického pozadí Vesmíru (někdy také nazývaného mikrovlnné pozadí).

Pozorování observatoře umožnila měřit charakteristiky pozadí pozadí Vesmíru s nebývalou přesností. Výsledky pozorování observatoře měly obrovský vliv na utváření moderního obrazu světa a prosazení teorie velkého třesku jako hlavní hypotézy vzniku vesmíru.

Jedním z hlavních výsledků práce observatoře bylo měření malých odchylek jasu pozadí pozadí na obloze. Dva vědečtí ředitelé programu COBE, George Smoot a John Mather , získali v roce 2006 Nobelovu cenu za fyziku za objevy v kosmologii . Podle Nobelova výboru – „výsledky observatoře COBE jsou výchozím bodem kosmologie jako exaktní vědy“.

Historie

V soutěži na malé a střední vesmírné observatoře, kterou NASA vyhlásila v roce 1974, se mezi 121 projekty projednávaly 3 projekty o možnosti studia mikrovlnného pozadí. Navzdory tomu, že tyto projekty ve výše uvedené soutěži prohrály s observatoří IRAS , NASA výzkum v oblasti mikrovln neopustila. V roce 1976 z účastníků těchto tří projektů soutěže 1974 vznikla komise, jejímž úkolem bylo spojit tři projekty do jednoho. O rok později komise navrhla koncept polárního satelitu COBE, který by mohl být vypuštěn buď pomocí nosné rakety Delta , nebo raketoplánu . Vědecké vybavení družice se mělo skládat z těchto přístrojů: Diferenciální mikrovlnný radiometr / DMR - vysoce citlivý radiometr pro měření anizotropie jasu záření pozadí na obloze (vedoucí J. Smoot), Far-InfraRed Absolute Spektrofotometr / FIRAS - mikrovlnný a daleký infračervený spektrofotometr pro měření absolutního spektra CMB (školitel J. Mather), Diffuse InfraRed Background Experiment/DIRBE — vícekanálový infračervený fotometr (školitel M. Hauser). Protože plánované náklady na projekt byly nižší než 30 milionů dolarů (bez nosné rakety a následné analýzy dat z pozorování), NASA projekt podpořila.

Kvůli neočekávanému překročení nákladů v programu Explorer (hlavně kvůli práci na observatoři IRAS ) byly práce na zřízení COBE v Goddard Space Flight Center odloženy až do roku 1981. Pro další úspory nákladů byly infračervené detektory a kapalné helium Dewarovy detektory potřebné pro provoz COBE replikami těch, které se používají pro IRAS.

V budoucnu prošla plánovaná dráha družice změnami - místo polární dráhy bylo rozhodnuto použít heliosynchronní dráhu a vypustit observatoř pomocí nosné rakety Delta .

/po dokončení práce/

Satelitní

Platforma observatoře COBE byla družice řady Explorer s významnou podobností s družicí observatoře IRAS .

S ohledem na velmi přísné požadavky na snížení možných systematických chyb v měření byla zvláštní pozornost věnována potírání falešných signálů ze Země, Měsíce a Slunce, zvyšování stability provozních teplot přístrojů a jejich amplitudových charakteristik.

Aby se dále snížily systematické nejistoty měření (například kvůli zodiakálnímu světlu ) a aby se případně simuloval vliv falešných signálů, satelit dostal rotaci s frekvencí 0,8 otáčky za minutu.

Rotační osa satelitu byla nakloněna dozadu vzhledem k jeho rychlostnímu vektoru, aby se omezilo možné usazování zbytkového atmosférického plynu a rychlých částic na optice přístrojů.

Aby se spojil požadavek relativně pomalé rotace a možnost tříosého řízení polohy družice, byl použit složitý systém párových gyrodin s osami umístěnými podél osy rotace družice. Moment hybnosti gyrodinů byl udržován na takové úrovni, že celkový moment hybnosti celého satelitu byl nulový.

Definujícími požadavky na oběžnou dráhu družice byly: potřeba plného pokrytí celé oblohy a udržení maximální teplotní stability přístrojů a Dewarových těles s kapalným heliem. Tyto požadavky plně splnila sluneční synchronní dráha. Dráha s výškou 900 km a sklonem 99° umožnila vypuštění družice jak pomocí raketoplánu , tak pomocí rakety Delta a byla také rozumným kompromisem mezi tokem nabitých částic v blízkosti Zemi a ve velké vzdálenosti od ní. Parametry oběžné dráhy a rotace družice umožňovaly udržet Zemi a Slunce vždy pod ochrannou clonou a zároveň bylo možné pokrýt pozorováním celou oblohu.

Dvě nejdůležitější součásti observatoře byly tekuté helium Dewar a ochranná clona. Dewar obsahoval 650 litrů supratekutého kapalného helia, které udržovalo přístroje FIRAS a DIRBE chladné po celou dobu mise. Design dewara byl zcela podobný tomu, který byl použit na satelitu IRAS. Kónický ochranný štít chránil přístroje COBE před zářením ze Slunce, Země i před rádiovým vyzařováním samotných vysílačů COBE.

Vědecké výsledky

Hlavními vědeckými přístroji observatoře byly DIRBE, FIRAS a DMR, stručně popsané výše. Spektrální rozsahy přístrojů se částečně překrývaly, což umožnilo provádět dodatečné kontroly výsledků přístrojů na vlastní konzistenci. Široký spektrální rozsah přístrojů umožnil oddělit signály přicházející z fyzicky odlišných zdrojů, samotného kosmického mikrovlnného záření (vzdáleného Vesmíru), Sluneční soustavy a Galaxie.

CMB spektrum

Zatímco se projekt COBE vyvíjel, došlo k významnému vývoji v oblasti výzkumu CMB. Za prvé, měření CMB spektra některými skupinami se zdálo naznačovat významné odchylky od modelu černého tělesa předpovídaného teorií velkého třesku. Za druhé, studie provedené pomocí balónových experimentů [2] a pomocí satelitů (sovětský experiment " RELIKT-1 " [3] ) naznačovaly přítomnost malé anizotropie jasu reliktního pozadí na stupnici několika stupňů. . Pozorování balónových experimentů pokrylo jen malou část oblohy, zatímco vesmírný experiment „Relikt-1“ umožnil pokrýt významnou část oblohy. Avšak vzhledem k tomu, že měření CMB s takovou přesností silně závisí na přesnosti zohlednění vlivu záření naší Galaxie a měření Reliktu-1 byla prováděna pouze na jedné frekvenci, došlo žádná úplná důvěra ve spolehlivou detekci úhlové anizotropie. V důsledku toho vědci netrpělivě očekávali výsledky observatoře COBE.

Vůbec první měření spektra kosmického pozadí pomocí aparatury FIRAS (spektrometr měřil rozdíl mezi spektrálními toky oblohy a toky vnitřního kalibračního černého tělesa) prokázala vynikající shodu s modelem absolutně černého tělesa s teplotou asi 2,7K. [čtyři]

Vnitřní anizotropie CMB

Experiment DMR, jediný experiment na observatoři, jehož výkon nezávisel na přítomnosti kapalného hélia v Dewarově, sestával ze čtyřletého studia anizotropie CMB na obloze. Pozorování byla prováděna na několika frekvencích, což umožnilo vzít v úvahu příspěvek záření z Galaxie. Tato vlastnost měření DMR je nesmírně důležitá, protože se ukázalo, že odchylky v radiaci pozadí na obloze jsou neobvykle malé – pouze 1/100 000 průměrné hodnoty jasu oblohy. V současné době se má za to, že variace v jasnosti CMB na malých úhlových měřítcích odrážejí počáteční poruchy v hustotě primární hmoty raného vesmíru, která se pak v důsledku gravitační nestability vyvinula do pozorované rozsáhlé struktury  - shluků galaxií a prázdnot.

Objevy DIRBE

Navzdory tomu, že hlavní experimenty observatoře COBE byly zaměřeny na studium kosmického pozadí vesmíru, infračervený fotometr DIRBE významně přispěl ke studiu naší Galaxie . Zejména byla provedena měření zodiakálního světla , jehož výsledky jsou stále široce používány v infračervené astronomii. Na základě výsledků měření DIRBE byly zkonstruovány modely rozložení prachu v naší Galaxii [5] a hmotnostní modely Galaxie [6] [7] [8] .

Poznámky

1. ↑ Vesmírná zpráva McDowella D. Jonathana – Mezinárodní vesmírná univerzita .
2. ↑ Kolísání mikrovlnného pozadí na středních úhlových měřítcích
3. ↑ Experiment Relikt-1 – Nové výsledky . Získáno 7. října 2009. Archivováno z originálu 19. dubna 2017. (neurčitý)
4. ↑ Spektrum kosmického mikrovlnného pozadí dipólu měřeno přístrojem COBE FIRAS . Získáno 7. října 2009. Archivováno z originálu 30. května 2019. (neurčitý)
5. ↑ Mapy infračervené emise prachu pro použití při odhadu zarudnutí a kosmického mikrofonu... . Datum přístupu: 7. října 2009. Archivováno z originálu 19. března 2014. (neurčitý)
6. ↑ Fotometrická struktura vnitřní Galaxie . Získáno 7. října 2009. Archivováno z originálu 14. prosince 2018. (neurčitý)
7. ↑ Trojrozměrná struktura disku Mléčné dráhy: Rozložení hvězd a... . Získáno 7. října 2009. Archivováno z originálu dne 3. července 2014. (neurčitý)
8. ↑ COBE difuzní infračervené pozadí experiment pozorování galaktické výdutě... . Získáno 7. října 2009. Archivováno z originálu 14. prosince 2018. (neurčitý)

Slovníky a encyklopedie	Velká Katalánština Britannica (online)
V bibliografických katalozích	J9U : 987007385109405171 LCCN : no2004077028 VIAF : 1905150869795722190007 Světová kočka VIAF : 1905150869795722190007