 Художественный концепт космического корабля COBE | |||||||||
| Имена | Исследователь 66 | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Тип миссии | CMBR астрономия | ||||||||
| Оператор | НАСА | ||||||||
| COSPAR ID | 1989-089A | ||||||||
| SATCAT нет. | 20322 | ||||||||
| Интернет сайт | lambda.gsfc.nasa.gov/product/cobe | ||||||||
| Продолжительность миссии | Финал: 4 года, 1 месяц, 5 дней | ||||||||
| Свойства космического корабля | |||||||||
| Производитель | GSFC | ||||||||
| Стартовая масса | 2270 кг (5000 фунтов) [1] | ||||||||
| Сухая масса | 1408 кг (3104 фунта) [2] | ||||||||
| Размеры | 5,49 × 2,44 м (18,0 × 8,0 футов) | ||||||||
| Мощность | 542 Вт | ||||||||
| Начало миссии | |||||||||
| Дата запуска | 18 ноября 1989 г., 14:34 UTC [1] | ||||||||
| Ракета | Дельта 5920-8 | ||||||||
| Запустить сайт | SLC-2W Ванденберг | ||||||||
| Конец миссии | |||||||||
| Утилизация | Списан | ||||||||
| Деактивировано | 23 декабря 1993 года [3] | ||||||||
| Параметры орбиты | |||||||||
| Справочная система | Геоцентрический | ||||||||
| Режим | Солнечно-синхронный | ||||||||
| Большая полуось | 7,255 км (4,508 миль) | ||||||||
| Эксцентриситет | 0,0009394 | ||||||||
| Высота перигея | 877,8 км (545,4 миль) | ||||||||
| Высота апогея | 891,4 км (553,9 миль) | ||||||||
| Наклон | 98.9808 градусов | ||||||||
| Период | 102,5 мин. | ||||||||
| РААН | 215,4933 градуса | ||||||||
| Аргумент перигея | 52,8270 градусов | ||||||||
| Средняя аномалия | 351,1007 градусов | ||||||||
| Среднее движение | 14.04728277 об / сутки | ||||||||
| Эпоха | 21 июля 2015, 15:14:58 UTC [4] | ||||||||
| Революции нет. | 31549 | ||||||||
| Главный телескоп | |||||||||
| Тип | внеосевой григорианский (DIRBE) | ||||||||
| Диаметр | 19 см (7,5 дюйма) | ||||||||
| Длины волн | СВЧ , Инфракрасный | ||||||||
| Инструменты | |||||||||
| |||||||||
 Логотип НАСА COBE | |||||||||
Cosmic Background Explorer , ( COBE / к oʊ б я / ), также известный как проводника 66 , был спутник , посвященный космологии , которая действовала с 1989 по 1993 г. Ее цели были исследовать космическое микроволновое фоновое излучение (CMB) из Вселенные и обеспечивают измерения , которые помогут сформировать наше понимание космоса .
Измерения COBE предоставили два ключевых доказательства, подтверждающих теорию Большого взрыва Вселенной: реликтовое излучение имеет почти идеальный спектр черного тела и что оно имеет очень слабую анизотропию . Два главных исследователя COBE, Джордж Смут и Джон Мазер , получили Нобелевскую премию по физике в 2006 году за свою работу над проектом. По мнению комитета по присуждению Нобелевской премии, «проект COBE можно также рассматривать как отправную точку для космологии как точной науки». [5]
За COBE последовали еще два продвинутых космических аппарата: зонд Уилкинсона для микроволновой анизотропии, работавший в 2001-2010 годах, и космический корабль Planck в 2009-2013 годах.
История [ править ]
В 1974 году НАСА выпустило Объявление о возможностях астрономических миссий, в которых будут использоваться малые или средние космические аппараты Explorer . Из 121 поступившего предложения три касались изучения космологического радиационного фона. Хотя эти предложения проиграли инфракрасному астрономическому спутнику (IRAS), их сила заставила НАСА продолжить изучение этой идеи. В 1976 году НАСА сформировало комитет из членов каждой из трех команд 1974 года, чтобы сформулировать свои идеи относительно такого спутника. Год спустя этот комитет предложил запустить спутник на полярной орбите под названием COBE с помощью ракеты Delta или космического корабля "Шаттл" . Он будет содержать следующие инструменты:[6]
| Инструмент | Акроним | Описание | Главный следователь |
|---|---|---|---|
| Дифференциальный микроволновый радиометр | DMR | СВЧ - прибор , который бы карта вариации (или анизотропии) в CMB | Джордж Смут |
| Абсолютный спектрофотометр дальнего инфракрасного диапазона | ФИРАС | спектрофотометр, используемый для измерения спектра реликтового излучения | Джон Мэзер |
| Эксперимент на диффузном инфракрасном фоне | ДИРБЕ | многоволновый инфракрасный детектор, используемый для картирования выбросов пыли | Майк Хаузер |
НАСА приняло предложение при условии, что расходы не превысят 30 миллионов долларов, не включая пусковую установку и анализ данных. Из-за перерасхода средств на программу Explorer из-за IRAS работы по созданию спутника в Центре космических полетов Годдарда (GSFC) не начинались до 1981 года. Для экономии средств инфракрасные детекторы и жидкий гелиевый дьюар на COBE будут аналогичны тем, что используются. на IRAS .
Изначально планировалось, что COBE будет запущен в рамках миссии космического корабля "Шаттл" STS-82-B в 1988 году с базы ВВС Ванденберг , но взрыв "Челленджера" задержал этот план, когда "Шаттлы" были заземлены. НАСА не позволило инженерам COBE отправиться в другие космические агентства для запуска COBE, но в конечном итоге модернизированный COBE был выведен на солнечно-синхронную орбиту 18 ноября 1989 года на борту ракеты Delta. Группа американских ученых объявила 23 апреля 1992 года, что они обнаружили изначальные «семена» (анизотропию CMBE) в данных COBE. Объявление было объявлено во всем мире как фундаментальное научное открытие и появилось на первой странице The New York Times .
Нобелевская премия по физике за 2006 год была присуждена совместно Джону С. Мазеру, Центр космических полетов имени Годдарда НАСА, и Джорджу Ф. Смоту, Калифорнийский университет, Беркли , «за открытие формы черного тела и анизотропии космического микроволнового фонового излучения. . " [7]
Космический корабль [ править ]
| Часть серии по |
| Физическая космология |
|---|
|
|
КатегорияCOBE был спутником класса Explorer с технологией, в значительной степени заимствованной у IRAS, но с некоторыми уникальными характеристиками.
Необходимость контролировать и измерять все источники систематических ошибок требовала тщательного и комплексного проектирования. COBE должен будет работать не менее 6 месяцев и ограничивать количество радиопомех от земли, COBE и других спутников, а также радиационные помехи от Земли , Солнца и Луны . [8] Для приборов требовалась температурная стабильность и поддержание усиления, а также высокий уровень чистоты для уменьшения проникновения паразитного света и теплового излучения твердых частиц.
Необходимость контроля систематической ошибки измерения анизотропии реликтового излучения и измерения зодиакального облака при различных углах удлинения для последующего моделирования требовала, чтобы спутник вращался со скоростью 0,8 об / мин. [8] Ось вращения также отклонена назад от вектора орбитальной скорости в качестве меры предосторожности против возможных отложений остаточного атмосферного газа на оптике, а также против инфракрасного свечения, которое могло бы возникнуть в результате столкновения быстрых нейтральных частиц с его поверхностью с чрезвычайно высокой скоростью.
Чтобы удовлетворить двойные требования медленного вращения и трехосного управления ориентацией, была использована сложная пара колес углового момента рыскания с осью, ориентированной вдоль оси вращения. [8] Эти колеса использовались для передачи углового момента, противоположного угловому моменту всего космического корабля, чтобы создать систему с нулевым чистым угловым моментом.
Орбита окажется определяемой исходя из специфики миссии космического корабля. Основными соображениями были необходимость полного покрытия неба, необходимость устранения паразитного излучения от инструментов и необходимость поддержания термической стабильности дьюара и инструментов. [8] Круговая солнечно-синхронная орбита удовлетворяла всем этим требованиям. Была выбрана орбита высотой 900 км с наклоном 99 °, поскольку она соответствовала возможностям шаттла (с вспомогательной силовой установкой на COBE) или ракеты Delta. Эта высота была хорошим компромиссом между радиацией Земли и заряженной частицей в радиационных поясах Земли.на больших высотах. Восходящий узел в 18:00 был выбран, чтобы позволить COBE следить за границей между солнечным светом и тьмой на Земле в течение всего года.
Орбита в сочетании с осью вращения позволяла удерживать Землю и Солнце постоянно ниже плоскости щита, позволяя сканировать все небо каждые шесть месяцев.
Двумя последними важными частями, относящимися к миссии COBE, были дьюар и щит Солнце-Земля. Дьюар представлял собой 650-литровый криостат со сверхтекучим гелием, предназначенный для охлаждения приборов FIRAS и DIRBE во время миссии. Он был основан на той же конструкции, что и IRAS, и был способен выпускать гелий вдоль оси вращения рядом с системами связи. Конический экран Солнце-Земля защищал инструменты от прямого солнечного и земного излучения, а также от радиопомех от Земли и передающей антенны COBE. Его многослойные теплоизоляционные одеяла обеспечивали тепловую изоляцию дьюара. [8]
Научные открытия [ править ]
Научная миссия проводилась с помощью трех инструментов, о которых говорилось ранее: DIRBE, FIRAS и DMR. Инструменты перекрывают диапазон длин волн, обеспечивая проверку согласованности измерений в областях спектрального перекрытия и помощь в различении сигналов от нашей галактики, Солнечной системы и реликтового излучения. [8]
Инструменты COBE будут выполнять каждую из своих задач, а также делать наблюдения, которые будут иметь последствия, выходящие за пределы первоначальной области COBE.
Кривая черного тела CMB [ править ]
В течение примерно 15-летнего периода между предложением и запуском COBE произошло два значительных астрономических события. Во-первых, в 1981 году две группы астрономов, одна во главе с Дэвидом Уилкинсоном из Принстонского университета, а другая - под руководством Франческо Мельчиорри из Флорентийского университета , одновременно объявили, что они обнаружили квадрупольное распределение реликтового излучения с помощью инструментов на воздушном шаре. Это открытие должно было быть обнаружением черного тела распределения реликтового излучения, которое должен был измерить FIRAS на COBE. В частности, группа ученых из Флоренции заявила об обнаружении анизотропии промежуточного углового масштаба на уровне 100 микрокельвинов [9] в соответствии с более поздними измерениями, выполненными в эксперименте BOOMERanG..
Однако в ряде других экспериментов были попытки воспроизвести их результаты, но они не смогли этого сделать. [6]
Во-вторых, в 1987 году японско-американская группа под руководством Эндрю Ланге и Пола Ричардса из Калифорнийского университета в Беркли и Тошио Мацумото из Университета Нагоя сделала заявление, что реликтовое излучение не является истинным черным телом. [10] В эксперименте с ракетой- зондом они обнаружили избыточную яркость на длинах волн 0,5 и 0,7 мм.
Поскольку эти разработки служат фоном для миссии COBE, ученые с нетерпением ждали результатов от FIRAS. Результаты FIRAS были поразительными, поскольку они показали идеальное соответствие CMB и теоретической кривой для черного тела при температуре 2,7 К, что доказало ошибочность результатов Беркли-Нагоя.
Измерения FIRAS были выполнены путем измерения спектральной разницы между участком неба 7 ° и внутренним черным телом. Интерферометр в FIRAS покрыл от 2 до 95 см -1 двумя полосами, разделенными на 20 см -1 . Существует две длины сканирования (короткая и длинная) и две скорости сканирования (быстрая и медленная), всего четыре различных режима сканирования. Данные были собраны за десятилетний период. [11]
Собственная анизотропия реликтового излучения [ править ]
DMR смог потратить четыре года на картирование обнаруживаемой анизотропии космического фонового излучения, поскольку это был единственный инструмент, который не зависел от снабжения Дьюара гелия для его охлаждения. Эта операция позволила создать полную карту неба CMB путем вычитания галактических излучений и диполей на различных частотах. Колебания космического микроволнового фона чрезвычайно слабые, только одна часть из 100000 по сравнению со средней температурой поля излучения 2,73 кельвина . Космическое микроволновое фоновое излучение - это пережиток Большого взрыва, а флуктуации - отпечаток контраста плотности в ранней Вселенной. Считается, что рябь плотности способствовала формированию структуры. наблюдаемые сегодня во Вселенной: скопления галактик и обширные области, лишенные галактик (НАСА).
Обнаружение ранних галактик [ править ]
DIRBE также обнаружил 10 новых излучающих галактик в дальнем ИК-диапазоне в области, не обследованной IRAS, а также девять других кандидатов в слабом дальнем ИК-диапазоне, которые могут быть спиральными галактиками .
Галактики, которые были обнаружены на 140 и 240 мкм, также смогли предоставить информацию об очень холодной пыли (VCD). На этих длинах волн можно определить массу и температуру VCD.
Когда эти данные были объединены с данными 60 и 100 мкм, полученными с IRAS, было обнаружено, что светимость в дальнем инфракрасном диапазоне возникает от холодной (≈17–22 K) пыли, связанной с диффузными перистыми облаками HI , 15–30% от холода (≈ 19 K) пыли, связанной с молекулярным газом, и менее 10% от теплой (≈29 K) пыли в протяженных областях с низкой плотностью HII . [12]
ДИРБЕ [ править ]
Помимо открытий, сделанных DIRBE по галактикам, он также внес два других важных вклада в науку. [12] Инструмент DIRBE смог провести исследования межпланетной пыли (IPD) и определить, произошло ли ее происхождение от астероидов или кометных частиц. Данные DIRBE, собранные на 12, 25, 50 и 100 мкм, позволили сделать вывод о том, что зерна астероидного происхождения заполняют полосы IPD и гладкое облако IPD. [13]
Второй вклад, сделанный DIRBE, - это модель диска Галактики, видимого с ребра с нашей позиции. Согласно модели, если наше Солнце находится на расстоянии 8,6 кпк от центра Галактики, то Солнце находится на 15,6 пк выше средней плоскости диска, имеющего радиальный и вертикальный масштаб 2,64 и 0,333 кпк соответственно, и искривленное в способ совместим со слоем HI. Также нет указания на толстый диск. [14]
Чтобы создать эту модель, IPD нужно было вычесть из данных DIRBE. Было обнаружено, что это облако, которое, как видно с Земли, представляет собой зодиакальный свет , было сосредоточено не на Солнце, как считалось ранее, а в месте в космосе в нескольких миллионах километров от него. Это связано с гравитационным влиянием Сатурна и Юпитера . [6]
Космологические последствия [ править ]
В дополнение к научным результатам, подробно описанным в последнем разделе, есть множество космологических вопросов, на которые результаты COBE не дали ответа. Прямое измерение внегалактического фонового света (EBL) также может предоставить важные ограничения для интегрированной космологической истории звездообразования, образования металлов и пыли, а также преобразования звездного света в инфракрасное излучение пылью. [15]
Глядя на результаты DIRBE и FIRAS в диапазоне от 140 до 5000 мкм, мы можем определить, что интегральная интенсивность EBL составляет ≈16 нВт / (м 2 · ср). Это согласуется с энергией, высвобождаемой во время нуклеосинтеза, и составляет около 20–50% от общей энергии, выделяющейся при образовании гелия и металлов на протяжении всей истории Вселенной. Приписываемая только ядерным источникам, эта интенсивность означает, что более 5–15% барионной плотности массы, предполагаемой анализом нуклеосинтеза Большого взрыва, было преобразовано в звездах в гелий и более тяжелые элементы. [15]
Также имелись важные последствия для звездообразования . Наблюдения COBE обеспечивают важные ограничения на скорость космического звездообразования и помогают нам рассчитать спектр EBL для различных историй звездообразования. Наблюдения, проводимые COBE, требуют, чтобы скорость звездообразования на красных смещениях z ≈ 1,5 была в 2 раза больше, чем полученная из УФ-оптических наблюдений. Эта избыточная звездная энергия должна в основном генерироваться массивными звездами в еще необнаруженных, окутанных пылью галактиках. или чрезвычайно пыльные области звездообразования в наблюдаемых галактиках. [15] Точная история звездообразования не может быть определена однозначно с помощью COBE, и в будущем должны быть проведены дальнейшие наблюдения.
30 июня 2001 года НАСА запустило дополнительную миссию к COBE под руководством заместителя главного исследователя DMR Чарльза Л. Беннета . Wilkinson Microwave Anisotropy Probe прояснил дополненные достижения СоИя в. После WMAP, зонда Европейского космического агентства, Planck продолжил увеличивать разрешение, с которым был нанесен на карту фон. [16] [17]
См. Также [ править ]
- 9997 COBE , малая планета, названная в честь эксперимента.
- Рентгеновское картирование галактики S150
Примечания [ править ]
- ^ a b «Дизайн миссии COBE, космический корабль и орбита» . Центр космических полетов Годдарда . 18 апреля 2008 . Проверено 21 июля 2015 года .
- ^ Краус, Меган (16 июля 2015). «Космический корабль недели: исследователь космического фона» . Дизайн и разработка продуктов . Проверено 21 июля 2015 года .[ постоянная мертвая ссылка ]
- ^ "Миссии - COBE - Наука НАСА" . НАСА. 28 мая 2015 . Проверено 21 июля 2015 года .
- ^ "Детали спутника HST 1989-089A NORAD 20322" . N2YO. 21 июля 2015 . Проверено 21 июля 2015 года .
- ^ "Нобелевская премия по физике 2006" . Шведская королевская академия наук. 2006-10-03 . Проверено 23 августа 2011 .
- ^ a b c Леверингтон, Дэвид (2000). Новые космические горизонты: космическая астрономия от V2 до космического телескопа Хаббла . Кембридж: Издательство Кембриджского университета. ISBN 0-521-65833-0.
- ^ "Нобелевская премия по физике 2006" . Нобелевский фонд . Проверено 9 октября 2008 .
- ^ a b c d e f Боггесс, Северо-Запад; JC Mather; Р. Вайс; CL Bennett; ES Cheng; Э. Двек; С. Гулькис; MG Hauser; М.А. Янссен; Т. Келсалл; С. С. Мейер; Ш. Мозли; Т.Л. Мердок; Р.А. Шафер; РФ Сильверберг; GF Smoot; Д. Т. Уилкинсон и Э. Л. Райт (1992). «Миссия COBE: дизайн и характеристики через два года после запуска». Астрофизический журнал . 397 (2): 420. Bibcode : 1992ApJ ... 397..420B . DOI : 10.1086 / 171797 .
- ^ Мельчиорри, Франческо; Melchiorri, Bianca O .; Пьетранера, Лука; Мельчиорри, Б.О. (ноябрь 1981 г.). «Колебания микроволнового фона на промежуточных угловых масштабах» (PDF) . Астрофизический журнал . 250 : L1. Bibcode : 1981ApJ ... 250L ... 1M . DOI : 10.1086 / 183662 . Проверено 23 августа 2011 .
- ^ Хаякава, S .; Matsumoto, T .; Matsuo, H .; Murakami, H .; Sato, S .; Ланге А.Е. и Ричардс П. (1987). «Космологический смысл нового измерения субмиллиметрового радиационного фона» . Публикации Астрономического общества Японии . 39 (6): 941–948. Bibcode : 1987PASJ ... 39..941H . ISSN 0004-6264 . Проверено 17 мая 2012 года .
- ^ Fixsen, DJ; Cheng, ES; Коттингем, Округ Колумбия; Eplee, RE Jr; Исаакман, РБ; Mather, JC; Мейер, СС; Нёрдлингер, PD; Шафер, РА; Weiss, R .; Райт, ЭЛ; Bennett, CL; Боггесс, Северо-Запад; Kelsall, T .; Мозли, SH; Сильверберг, РФ; Smoot, GF; Уилкинсон, Д.Т. (1994). «Космический микроволновый фоновый дипольный спектр, измеренный прибором COBE FIRAS». Астрофизический журнал . 420 (2): 445–449. Bibcode : 1994ApJ ... 420..445F . DOI : 10.1086 / 173575 .
- ^ a b Т. Дж. Содроски; и другие. (1994). «Крупномасштабные характеристики межзвездной пыли по наблюдениям COBE DIRBE». Астрофизический журнал . 428 (2): 638–646. Bibcode : 1994ApJ ... 428..638S . DOI : 10.1086 / 174274 .
- ^ Spiesman, WJ; MG Hauser; Т. Келсалл; CM Lisse; SH Moseley Jr .; WT Reach; РФ Сильверберг; SW Stemwedel и JL Weiland (1995). "Наблюдения в ближнем и дальнем инфракрасном диапазоне межпланетных пылевых полос в рамках эксперимента COBE по диффузному инфракрасному фону". Астрофизический журнал . 442 (2): 662. Bibcode : 1995ApJ ... 442..662S . DOI : 10.1086 / 175470 .
- ^ Freudenreich, HT (1996). «Форма и цвет галактического диска». Астрофизический журнал . 468 : 663–678. Bibcode : 1996ApJ ... 468..663F . DOI : 10.1086 / 177724 . См. Также Freudenreich, HT (1997). «Форма и цвет галактического диска: Erratum» . Астрофизический журнал . 485 (2): 920. Bibcode : 1997ApJ ... 485..920F . DOI : 10.1086 / 304478 .
- ^ a b c Dwek, E .; Р.Г. Арендт; MG Hauser; Д. Фиксен; Т. Келсалл; Д. Лейзавиц; YC Pei; Э.Л. Райт; JC Mather; Ш. Мозли; Н. Одегард; Р. Шафер; РФ Сильверберг и Дж. Л. Вейланд (1998). "Эксперимент COBE по поиску космического инфракрасного фона: IV. Космологические последствия". Астрофизический журнал . 508 (1): 106–122. arXiv : astro-ph / 9806129 . Bibcode : 1998ApJ ... 508..106D . DOI : 10.1086 / 306382 . S2CID 14706133 .
- ^ Томас, Кристофер. «Карта зонда Планка - картина Вселенной» . Журнал "Паук" . Проверено 28 мая 2013 года .
- ^ «Планка HFI завершает свой обзор ранней Вселенной» . ЕКА . Проверено 28 мая 2013 года .
Ссылки [ править ]
- Арни, Томас Т. (2002). Исследования: Введение в астрономию (3-е изд.). Дубьюк, Айова: Макгроу-Хилл. ISBN 978-0-07-241593-3.
- Liddle, AR; Lyth, DH (1993). "Холодное возмущение плотности темной материи". Отчет по физике - обзорный раздел журнала Physics Letters . 231 (1–2): 1–105. arXiv : astro-ph / 9303019 . Bibcode : 1993PhR ... 231 .... 1л . DOI : 10.1016 / 0370-1573 (93) 90114-S . S2CID 119084975 .
- Odenwald, S .; Дж. Ньюмарк и Дж. Смут (1998). «Исследование внешних галактик, обнаруженных COBE Diffuse Infrared Background Experiment». Астрофизический журнал . 500 (2): 554–568. arXiv : astro-ph / 9610238 . Bibcode : 1998ApJ ... 500..554O . DOI : 10.1086 / 305737 .
Дальнейшее чтение [ править ]
- Mather, John C .; Бослоу, Джон (1996). Самый первый свет: истинная внутренняя история научного путешествия назад к заре Вселенной . Нью-Йорк: BasicBooks. ISBN 0-465-01575-1.
- Смут, Джордж; Дэвидсон, Кей (1993). Морщины во времени . Нью-Йорк: У. Морроу. ISBN 0-688-12330-9.
- WMAP
Внешние ссылки [ править ]
 | Викискладе есть медиафайлы по теме COBE . |
- Сайт НАСА на COBE
- Информационное видео НАСА перед запуском COBE
- Профиль миссии COBE от NASA Solar System Exploration
- Изображение APOD диполя COBE , показывающее движение Земли со скоростью 600 км / с относительно космического фонового излучения
- Статья Cosmic Background Explorer из Scholarpedia
| vтеКосмические обсерватории | |
|---|---|
| Операционная |
|
| Планируется |
|
| Предложил |
|
| На пенсии |
|
| Спящий режим (миссия завершена) |
|
| Потерял |
|
| Отменено |
|
| Смотрите также |
|
| |
| vтеНАСА | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Политика и история |
| ||||||
| Программы пилотируемых космических полетов |
| ||||||
| Роботизированные программы |
| ||||||
| Отдельные избранные миссии (человек и робот) |
| ||||||
| Связь и навигация |
| ||||||
| Списки НАСА |
| ||||||
| Изображения и иллюстрации НАСА |
| ||||||
| Связанный |
| ||||||
| |||||||
Commons
