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三体1:威尔金森微波各向异性探测卫星wmap

威尔金森微波各向异性探测卫星WMAP

威尔金森微波各向异性探测卫星WMAP即威尔金森微波各向异性探测器。2003年7月23日,美国匹兹堡大学斯克兰顿(Scranton)博士领导的一个多国科学家小组宣布,他们借助美国“威尔金森微波各向异性探测器” (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe,简称WMAP的观测数据(观测宇宙微波背景辐射的微小变化),发现了暗能量存在的直接证据。

中文名 威尔金森微波各向异性探测器

外文名 Wilkinson Microwave Anisotropy Probe

简 写 WMAP

国 家 美国

简介

威尔金森微波各向异性探测器(Wilkinson Microwave Anisotrop

y Probe,简称WMAP)是NASA的人造卫星,目的是探测宇宙中大爆炸後残留的辐射热,2001年6月30日,WMAP搭载德尔塔II型火箭在佛罗里达州卡纳维拉尔角的肯尼迪航天中心发射升空。

WMAP的目标是找出宇宙微波背景辐射的温度之间的微小差异,以帮助测试有关宇宙产生的各种理论。它是COBE的继承者,是中级探索者卫星系列之一。

WMAP以宇宙背景辐射的先躯研究者大卫·威尔金森命名。

WMAP在围绕日-地系统的L2点运行,离地球1.5×106公里。

科学目的

根据大爆炸宇宙模型(The Big Bang), 在宇宙年龄约30万年的时候,宇宙中的物质由电离状态转化成中性原子的状态,宇宙中的光子组分与实物退耦而变成微波背景辐射(CMB)。对于给定的宇宙模型,物理学家们可以精确的计算出CMB各向异性的功率谱,它是与宇宙模型的基本参数有关的,因而通过精确的测量宽角度范围的CMB功率谱,可以确定出各种宇宙模型的基本参数,判断哪些宇宙的模型更好的描述着我们的宇宙,而通过这些基本参数,我们可以知道许多宇宙学中的基本问题,比如空间的几何、宇宙中的物质组分、大尺度结构的形成和宇宙的电离历史等。CMB首先是由Penzias和Wilson(1965)发现的。1992年,NASA的COBE卫星观测表明CMB是我们可以在自然界测到的最完美的黑体辐射谱,并且第一次给出了CMB各项异性的证据。但由于当时技术的限制,COBE的角分辨率只为7度,WMAP的角分辨率为13分,因而WMAP将能精确的回答上述许多基本问题。

作为“大爆炸”的“余烬”,宇宙微波背景辐射大约在“大爆炸”后38万年产生,其中的光子在宇宙中穿行时会经历一系列物理过程,特别是在经过质量较大的星系时,这些光子将遭遇“引力陷阱”。探测结果显示,宇宙年龄约为137亿年,宇宙由22.7%的暗物质,72.8%的暗能量,4.5%的普通物质组成。宇宙中所占比例最多的东西反而是人类最迟也是最难了解的,至今仅知道它们存在着,但还不清楚它们的性质。

工作原理

重 840kg的WMAP于2001年6月30日升空,经过三阶段绕地-月系统的飞行后,被弹射到日-地系统的第二拉格朗日点L2,该点在月球轨道之外,距地球约150万千米,其周围区域是引力的鞍点,在这里卫星可以近似保持距地球的距离,需要很少的维护工作,WMAP的维护工作约一年四次。在与地-月系统绕太阳转动的同时,WMAP在L2轨道上还做着0.464转/分钟的自转和1转/小时的进动。为了降低系统误差,WMAP精确测量的是天空上分隔180度至0.25度的任意两个方向的温度差。为了获得全天的信息,WMAP采用了复杂的全天扫描方式,做一次完整地全天扫描要六个月的时间。第一次公布的数据(2003年)包含了两组全天扫描的结果。

应用

WMAP测到的全天的各向异性数据,要传送回地球,经过复杂的数据校准和数据处理后,就像地图(map)一样,我们可以用这些数据绘制一幅关于全天辐射各向异性的图(map),图(map)上任一点记载着对应的天空方向的温度涨落。该图(map)用Molleweide投影的方法绘出,该方法把全天的各项异性信息映射到一个2:1的椭圆上,保持水平线是直线,子午线除中间一条外都是椭圆弧,并保持相邻的平行线和子午线所包络的面积不变。WMAP共给出五个波段的全天图:W-band(~94GHz),V-band(~61GHz),Q-band(~41GHz),Ka-band(~33GHz)和K-band(~23GHz)。其选取的目的是为降低前景辐射(如银河系的辐射)对CMB的污染,在这些频率上CMB各向异性与前景辐射污染的比率最大。其中,K-band和Ka-band不用做CMB的分析,因为它们有着最大的前景污染和它们所观测的在l-空间的区域是受限于其他频段测量所带来的不确定性(cosmic variance)。

为了得到CMB各向异性的信息,对弥漫的星系辐射和星系外的点光源的理解是很重要的,以便去除这些污染信息。通过采取Kp0、Kp2等屏蔽(mask),线形组合多频段的WMAP数据,去除电源和SZ效应等手段,才最终得到了CMB的各向异性信息。

相关测量

威尔金森微波各向异性探测器的发现

威尔金森微波各向异性探测器在宇宙学参量的测量上提供许多比早先的仪器更高准确性的值。根据当前的宇宙模型,

显示:

宇宙的年龄是137亿 ± 2亿岁。

宇宙质能组成为:

4.5% 一般的重子物质,即可见物质。

22.7% 为种类未知的暗物质,不辐射也不吸收光线。

72.8% 为神秘的暗能量,造成宇宙膨胀的加速。

宇宙论以这三年的资料,虽然在大角度的测量上仍然有无法解释的四极矩异常现象,对宇宙膨胀的说明已经有更好的改进。

哈勃常数为70 (公里/秒)/百万秒差距 + 2.4/-3.2

数据显示宇宙是平坦的。

宇宙微波背景辐射偏极化的结果,提供宇宙膨胀在理论上倾向简单化的实验论证。

三体1/威尔金森微波各向异性探测卫星wmap.txt · 最后更改: 2016/08/14 11:54 (外部编辑)