Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Планка была космическая обсерватория управляется Европейское космическое агентство (ЕКА) с 2009 по 2013, который отображается в анизотропии на космическом микроволновом фоне (CMB) в микроволновой печи и инфракрасные частотах, с высокой чувствительностью и малым угловым разрешением . Миссия существенно улучшилась по результатам наблюдений, сделанных НАСА Уилкинсоном Микроволновым датчиком анизотропии (WMAP). Планк предоставил важный источник информации по нескольким космологическим и астрофизическим вопросам, таким как проверка теорий ранней Вселенной и происхождения космической структуры. С момента окончания своей миссии Planckопределил наиболее точные измерения нескольких ключевых космологических параметров, включая среднюю плотность обычной материи и темной материи во Вселенной и возраст Вселенной .

Проект был начат примерно в 1996 году и первоначально назывался COBRAS / SAMBA : спутник / спутник для измерения анизотропии фонового излучения для измерения фоновой анизотропии. Позже он был переименован в честь немецкого физика Макса Планка (1858–1947), который вывел формулу излучения черного тела .

Построенный в Каннах Mandelieu Космический центр по Thales Alenia Space , и создан как среднего размера миссии ЕКА Horizon 2000 долгосрочной научной программы, Планк был запущен в мае 2009 года [2] Он достиг Земли / ВС L 2  точки по Июль 2009 г., а к февралю 2010 г. он успешно начал вторую съемку всего неба. 21 марта 2013 года была выпущена первая карта всего неба космического микроволнового фона с дополнительным расширенным выпуском, включающим данные о поляризации в феврале 2015 года. [3] Заключительные документы группы Planck были опубликованы в июле 2018 года. [4]

В конце своей миссии Планк был выведен на гелиоцентрическую орбиту и пассивирован, чтобы предотвратить опасность для любых будущих миссий. Последняя команда деактивации была отправлена ​​в Planck в октябре 2013 года.

Цели [ править ]

Миссия преследовала широкий спектр научных целей, в том числе: [5]

  • детектирование с высоким разрешением как полной интенсивности, так и поляризации первичных анизотропий реликтового излучения ,
  • создание каталога скоплений галактик за счет эффекта Сюняева – Зельдовича ,
  • наблюдения гравитационного линзирования реликтового излучения, а также интегрированного эффекта Сакса – Вульфа ,
  • наблюдения ярких внегалактических радиоисточников ( активные ядра галактик ) и инфракрасных (пыльная галактика) источников,
  • наблюдения Млечного Пути , включая межзвездную среду , распределенное синхротронное излучение и измерения галактического магнитного поля , и
  • исследования Солнечной системы , включая планеты , астероиды , кометы и зодиакальный свет .

Планк имел более высокое разрешение и чувствительность, чем WMAP, что позволяло ему исследовать спектр мощности реликтового излучения в гораздо меньших масштабах (× 3). Он также наблюдал в девяти частотных диапазонах, а не в пяти диапазонах WMAP, с целью улучшения астрофизических моделей переднего плана.

Ожидается, что большинство измерений Planck будет ограничено тем, насколько хорошо можно вычесть передний план, а не характеристиками детектора или продолжительностью полета, что является особенно важным фактором для измерений поляризации . [ необходимо обновить ] Доминирующее излучение переднего плана зависит от частоты, но может включать синхротронное излучение Млечного Пути на низких частотах и ​​пыль на высоких частотах. [ требуется обновление ]

Инструменты [ править ]

Модель аттестации эталонной нагрузки 4 К
Рупор LFI 44 ГГц и внешнее шасси
Модель фокальной плоскости LFI

На космическом корабле установлено два инструмента: низкочастотный прибор (LFI) и высокочастотный прибор (HFI). [5] Оба инструмента могут обнаруживать как общую интенсивность, так и поляризацию фотонов, и вместе покрывают частотный диапазон почти 830 ГГц (от 30 до 857 ГГц). Спектр космического микроволнового фона имеет максимум на частоте 160,2 ГГц.

Планка «ы пассивные и активные системы охлаждения позволяют его инструменты , чтобы поддерживать температуру -273.05 ° C (-459.49 ° F), или 0,1 ° С выше абсолютного нуля . С августа 2009 года Планк был самым холодным известным объектом в космосе, пока в январе 2012 года его активный запас хладагента не был исчерпан [6].

НАСА сыграло роль в разработке этой миссии и вносит свой вклад в анализ научных данных. Его Лаборатория Реактивная построены компоненты научных инструментов, в том числе болометров для высокочастотного инструмента, 20-кельвин криоохладитель как для низко- и высокочастотных приборов, и усилитель технологии для низкочастотного прибора. [7]

Низкочастотный инструмент [ править ]

LFI имеет три частотных диапазона, охватывающих диапазон 30–70 ГГц, охватывающих микроволновую и инфракрасную области электромагнитного спектра. В детекторах используются транзисторы с высокой подвижностью электронов . [5]

Высокочастотный инструмент [ править ]

Квалификационная модель высокочастотного прибора.

HFI был чувствителен в диапазоне от 100 до 857 ГГц, с использованием 52 болометрических детекторов, изготовленных JPL / Caltech [8], оптически связанных с телескопом через холодную оптику, произведенную Школой физики и астрономии Кардиффского университета [9], состоящей из трех конфигурация рупора и оптические фильтры, аналогичная концепции, использованной в эксперименте с воздушным шаром Археопса . Эти устройства обнаружения разделены на 6 полос частот (с центрами 100, 143, 217, 353, 545 и 857 ГГц), каждая с полосой пропускания 33%. Из этих шести диапазонов только четыре нижних позволяют измерять поляризацию входящего излучения; две верхние полосы - нет. [5]

С 13 января 2012 года было сообщено , что поставки на борту из гелия-3 , используемого в планковской «s рефрижератора растворения были исчерпаны, и что HFI станет непригодным для использования в течение нескольких дней. [10] К этому времени Planck выполнил пять полных сканирований реликтового излучения, превысив запланированные два. Предполагалось, что LFI (охлаждаемый гелием-4) будет работать еще шесть-девять месяцев. [10]

Сервисный модуль [ править ]

Некоторые из Гершеля - Планка команды, слева направо: Жан-Жак Juillet, директор научных программ, Thales Alenia Space ; Марк Соваж, научный сотрудник проекта Herschel PACS, CEA ; Франсуа Буше , менеджер по операциям Planck , IAP ; и Жан-Мишель Рейкс, руководитель операций Herschel & Planck , Thales Alenia Space. Снято во время презентации первых результатов миссий, Канны, октябрь 2009 г.

Общий сервисный модуль (SVM) был спроектирован и построен Thales Alenia Space на ее заводе в Турине для космической обсерватории Гершеля и миссий Planck , объединенных в одну единую программу. [5]

Общая стоимость оценивается в 700 миллионов евро для Planck [11] и 1100 миллионов евро для миссии Herschel . [12] Обе цифры включают космический корабль и полезную нагрузку их миссии, (общие) расходы на запуск и миссию, а также научные операции.

Конструктивно SVM Herschel и Planck очень похожи. Оба SVM имеют восьмиугольную форму, и каждая панель предназначена для размещения определенного набора теплых блоков, принимая во внимание требования к рассеиванию тепла различными теплыми блоками, приборами, а также космическим кораблем. На обоих космических кораблях использовалась общая конструкция для подсистем авионики , управления ориентацией и измерениями (ACMS), командования и управления данными (CDMS), питания и слежения, телеметрии и управления (TT&C). Все блоки на SVM являются резервными.

Подсистема питания [ править ]

На каждом космическом корабле подсистема питания состоит из солнечной батареи , в которой используются солнечные элементы с тройным переходом , аккумулятор и блок управления мощностью (PCU). PCU предназначен для взаимодействия с 30 секциями каждой солнечной батареи, для обеспечения регулируемой шины на 28 В, для распределения этой мощности через защищенные выходы и для управления зарядкой и разрядкой батареи.

Для Планка круглая солнечная батарея закреплена на нижней части спутника, всегда обращена к Солнцу, когда спутник вращается вокруг своей вертикальной оси.

Attitude and Orbit Control [ править ]

Эту функцию выполняет компьютер управления ориентацией (ACC), который является платформой для подсистемы управления и измерения ориентации (ACMS). Он был разработан для выполнения требований наведения и поворота полезных нагрузок Herschel и Planck .

В Планка спутник вращается со скоростью один оборот в минуту, с целью абсолютной погрешности указывающего менее 37 угловых минут. Поскольку Planck также является платформой для съемки, существует дополнительное требование для ошибки воспроизводимости наведения менее 2,5 угловых минут в течение 20 дней.

Главный датчик прямой видимости как в Herschel, так и в Planck - это звездный трекер .

Запуск и орбита [ править ]

Анимация Планка космической обсерватории «s траектории
Экваториальный вид
Вид с Солнца
   Земля  ·    Космическая обсерватория Планка

Спутник был успешно запущен вместе с космической обсерваторией Гершеля в 13:12:02 UTC 14 мая 2009 года на борту тяжелой ракеты-носителя Ariane 5 ECA из Космического центра Гвианы . Запуск вывел аппарат на очень эллиптическую орбиту ( перигей : 270 км [170 миль], апогей : более 1 120 000 км [700 000 миль]), приблизив его к лагранжевой точке L 2 системы Земля-Солнце на расстоянии 1 500 000 километров ( 930 000 миль) от Земли.

Маневр инъекционных Планок в его конечную орбиту вокруг L 2 был успешно завершен 3 июля 2009 года, когда он вступил на Лиссаж орбиту с 400000 км (250000 миль) радиусом вокруг L 2 точки Лагранжа. [13] 3 июля 2009 года температура высокочастотного прибора достигла лишь десятой доли градуса выше абсолютного нуля (0,1 К ), что позволило низкочастотным и высокочастотным приборам соответствовать их криогенным рабочим параметрам, что сделало Planck полностью работоспособным. [14]

Вывод из эксплуатации [ править ]

В январе 2012 года HFI исчерпал запас жидкого гелия, что привело к повышению температуры детектора и выводу HFI из строя. LFI продолжал использоваться до завершения научных работ 3 октября 2013 года. 9 октября космический корабль выполнил маневр, чтобы отодвинуть его от Земли и своей  точки L 2 , вывести его на гелиоцентрическую орбиту , а 19 октября произошло отключение полезной нагрузки. 21 октября Planck получил приказ исчерпать оставшийся запас топлива; Позже были проведены пассивационные мероприятия, в том числе отключение аккумуляторных батарей и отключение механизмов защиты. [15] Последняя команда деактивации, которая отключила передатчик космического корабля, была отправлена ​​вПланка 23 октября 2013 года в 12:10:27 UTC. [16]

Результаты [ править ]

Сравнение результатов CMB от COBE , WMAP и Planck
Скопление галактик PLCK G004.5-19.5 было обнаружено с помощью эффекта Сюняева – Зельдовича . [17]

Planck начал свой первый обзор всего неба 13 августа 2009 года. [18] В сентябре 2009 года Европейское космическое агентство объявило предварительные результаты первого светового обзора Planck , который был проведен для демонстрации стабильности инструментов и способности калибровать их в течение длительного периода. Результаты показали, что качество данных отличное. [19]

15 января 2010 года миссия была продлена на 12 месяцев, и наблюдения продолжались, по крайней мере, до конца 2011 года. После успешного завершения Первой съемки 14 февраля 2010 года космический аппарат начал второй обзор всего неба с более чем 95% неба уже наблюдается, и к середине июня 2010 года ожидается 100% покрытие неба. [13]

Некоторые данные запланированного списка указателей на 2009 год были опубликованы вместе с видеовизуализацией наблюдаемого неба. [18]

17 марта 2010 года были опубликованы первые фотографии Planck , показывающие концентрацию пыли в пределах 500 световых лет от Солнца. [20] [21]

5 июля 2010 года миссия Planck получила первое изображение всего неба. [22]

Первым общедоступным научным результатом Planck стал каталог компактных источников раннего выпуска, выпущенный во время конференции Planck в январе 2011 года в Париже. [23] [24]

5 мая 2014 года была опубликована карта магнитного поля галактики, созданная с помощью Planck . [25]

Команда Planck и главные исследователи Наццарено Мандолези и Жан-Лу Пьюже разделили премию Грубера 2018 года в области космологии . [26] Пьюджет также был удостоен премии Шоу в области астрономии 2018 года . [27]

Выпуск данных за 2013 год [ править ]

21 марта 2013 года европейская исследовательская группа космологического зонда Planck опубликовала карту всего неба космического микроволнового фона. [28] [29] Эта карта предполагает, что Вселенная немного старше, чем предполагалось: согласно карте, тонкие колебания температуры были отпечатаны на глубоком небе, когда Вселенной было около 370 000 лет. Отпечаток отражает рябь, возникшую еще в период существования Вселенной в первую нониллионную (10 −30 ) долю секунды. В настоящее время предположил , что эти пульсации вызвали к настоящему огромной космической паутины из скоплений галактик и темной материи . По мнению команды, Вселенная13,798 ± 0,037 миллиарда лет и содержит4,82 ± 0,05% обычного вещества,25,8 ± 0,4% темной материи и69 ± 1% темной энергии . [30] [31] [32] Постоянная Хаббла также оказалась67,80 ± 0,77 (км / с) / Мпк . [28] [30] [33] [34] [35]

Выпуск данных за 2015 г. [ править ]

Результаты анализа Планка «s полной миссии были обнародованы на 1 декабря 2014 года на конференции в Ферраре , Италия. [36] Полный набор документов с подробным описанием результатов миссии был выпущен в феврале 2015 года. [37] Некоторые из результатов включают:

  • Лучшее согласие с предыдущими результатами WMAP по таким параметрам, как плотность и распределение материи во Вселенной, а также более точные результаты с меньшим пределом погрешности.
  • Подтверждение наличия во Вселенной 26% темной материи. Эти результаты также вызывают вопросы об избытке позитронов над электронами, обнаруженном Альфа-магнитным спектрометром , экспериментом на Международной космической станции . Предыдущие исследования показали, что позитроны могут быть созданы в результате столкновения частиц темной материи, которое могло произойти только в том случае, если вероятность столкновений темной материи сейчас значительно выше, чем в ранней Вселенной. Данные Planck предполагают, что вероятность таких столкновений должна оставаться постоянной во времени, чтобы учесть структуру Вселенной, опровергая предыдущую теорию.
  • Валидация простейших моделей инфляции , что дает более сильную поддержку модели Lambda-CDM .
  • Что существует, вероятно, только три типа нейтрино , а четвертое предполагаемое стерильное нейтрино вряд ли существует.

Ученые проекта также работали с учеными BICEP2, чтобы в 2015 году опубликовать совместное исследование, в котором они ответили, был ли сигнал, обнаруженный BICEP2, свидетельством первичных гравитационных волн или простым фоновым шумом от пыли в галактике Млечный Путь. [36] Их результаты говорят о последнем. [38]

Выпуск окончательных данных за 2018 г. [ править ]

http://sci.esa.int/planck/60499-from-an-almost-perfect-universe-to-the-best-of-both-worlds/

См. Также [ править ]

  • DustPedia
  • Лямбда-CDM модель
  • Список программ космологических вычислений
  • Наблюдательная космология
  • Физическая космология

Ссылки [ править ]

  1. ^ "Космическая обсерватория Planck интегрирована на Ariane 5 для предстоящего запуска Arianespace" . Arianespace. 24 апреля 2009 . Проверен 31 декабря 2013 .
  2. ^ «Первая секунда Большого взрыва». Как устроена Вселенная 3 . 2014. Discovery Science .
  3. ^ «Королевское астрономическое общество награждает Группу за достижения в 2018 году команде Planck» . Центр астрофизики Джодрелл Бэнк. 6 февраля 2018 . Проверено 27 марта 2018 года .
  4. ^ Akrami, Y .; и другие. (Сотрудничество Planck) (2020). « Результаты Planck 2018. I. Обзор и комологическое наследие Planck ». Астрономия и астрофизика . 641 : A1. arXiv : 1807.06205 . Bibcode : 2020A & A ... 641A ... 1P . DOI : 10.1051 / 0004-6361 / 201833880 . S2CID 119185252 . 
  5. ^ a b c d e "Планк: Научная программа" (PDF) . Европейское космическое агентство. 2005. ESA-SCI (2005) 1 . Проверено 6 марта 2009 года .
  6. ^ "Самый холодный известный объект в космосе очень неестественный" . Space.com . 7 июля 2009 . Проверено 3 июля 2013 года .
  7. ^ «Планк: Обзор миссии» . НАСА . Проверено 26 сентября 2009 года .
  8. ^ "Планка высокочастотный инструмент (HFI)" . Лаборатория реактивного движения . 21 марта 2013 . Проверено 22 марта 2013 года .
  9. ^ "Высокочастотный инструмент (HFI)" . Кардиффский университет . Проверено 22 марта 2013 года .
  10. ^ a b Амос, Джонатан (13 января 2012 г.). «Супер-крутая миссия Планка начинает нагреваться» . BBC News . Проверено 13 января 2012 года .
  11. ^ «Планк: информационный бюллетень» (PDF) . Европейское космическое агентство. 20 января 2012 г. Архивировано (PDF) из оригинала 16 октября 2012 г.
  12. ^ «Гершель: информационный бюллетень» (PDF) . Европейское космическое агентство. 28 апреля 2010 г. Архивировано (PDF) из оригинала 13 октября 2012 г.
  13. ^ a b «Планк: Краткое изложение статуса миссии» . Европейское космическое агентство. 19 марта 2013. Архивировано из оригинала 5 августа 2012 года . Проверено 22 марта 2013 года .
  14. ^ "Инструменты Планка достигают своей самой холодной температуры" . Европейское космическое агентство. 3 июля 2009 . Проверено 5 июля 2009 года .
  15. ^ «Планк на курсе безопасного выхода на пенсию» . Европейское космическое агентство. 21 октября 2013 . Проверено 23 октября 2013 года .
  16. ^ "Последняя команда отправлена ​​на космический телескоп Planck ЕКА" . Европейское космическое агентство. 23 октября 2013 . Проверено 23 октября 2013 года .
  17. ^ «Окно в космическое прошлое» . Spacetelescope.org . Проверено 12 февраля 2018 .
  18. ^ a b «Одновременные наблюдения с Планком» . Европейское космическое агентство. 31 августа 2009 . Проверено 17 августа 2012 года .
  19. ^ «Планковский первый свет дает многообещающие результаты» . Европейское космическое агентство. 17 сентября 2009 г.
  20. ^ «Планк видит гобелен из холодной пыли» . Европейское космическое агентство. 17 марта 2010 г.
  21. ^ "Новые изображения Planck отслеживают холодную пыль и показывают крупномасштабную структуру Млечного Пути" . Европейское космическое агентство. 17 марта 2010 . Проверено 17 августа 2012 года .
  22. ^ «Планк открывает Вселенную - время от времени» . Европейское космическое агентство. 5 июля 2010 . Проверено 22 марта 2013 года .
  23. ^ "Конференция Планка 2011" . Проверено 22 марта 2013 года .
  24. ^ «Архив наследия Планка» . Европейское космическое агентство. Архивировано из оригинального 7 -го октября 2012 года.
  25. ^ Крокетт, Кристофер (9 мая 2014 г.). "Магнитное поле Млечного Пути нанесено на карту" . Новости науки . Проверено 10 мая 2014 .
  26. ^ "Премия Грубера по космологии 2018" . Фонд Грубера. 2018 . Проверено 28 мая 2018 .
  27. ^ «Объявление лауреатов Шоу 2018» . Приз Шоу. 14 мая 2018 . Проверено 28 мая 2018 .
  28. ^ а б «Миссия Планка приводит Вселенную в острый фокус» . Лаборатория реактивного движения . 21 марта 2013 . Проверено 21 марта 2013 года .
  29. ^ «Составление карты ранней Вселенной» . Нью-Йорк Таймс . 21 марта 2013 . Проверено 23 марта 2013 года .
  30. ^ a b c См. Таблицу 9 в Planck Collaboration (2013). «Результаты Planck 2013. I. Обзор продуктов и научных результатов». Астрономия и астрофизика . 571 : A1. arXiv : 1303,5062 . Бибкод : 2014A & A ... 571A ... 1P . DOI : 10.1051 / 0004-6361 / 201321529 . S2CID 218716838 . 
  31. ^ "Документы результатов Planck 2013" . Европейское космическое агентство. Архивировано из оригинального 23 марта 2013 года .
  32. ^ a b Planck Collaboration (2013). «Итоги Planck 2013. XVI. Космологические параметры». Астрономия и астрофизика . 571 : A16. arXiv : 1303,5076 . Бибкод : 2014A & A ... 571A..16P . DOI : 10.1051 / 0004-6361 / 201321591 . S2CID 118349591 . 
  33. ^ «Планк показывает почти идеальную Вселенную» . Европейское космическое агентство. 21 марта 2013 . Проверено 21 марта 2013 года .
  34. ^ Overbye, Dennis (21 марта 2013). «Вселенная в младенчестве: толще, чем ожидалось, и неровная» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 21 марта 2013 года .
  35. Бойл, Алан (21 марта 2013 г.). «Космическое« детское изображение »зонда Планка пересматривает статистику естественного движения населения Вселенной» . NBC News . Проверено 21 марта 2013 года .
  36. ^ a b Коуэн, Рон; Кастельвекки, Давиде (2 декабря 2014 г.). «Европейский зонд опровергает заявления о темной материи» . Природа . DOI : 10.1038 / nature.2014.16462 . Проверено 6 декабря 2014 .
  37. ^ a b «Публикации Planck: результаты Planck 2015» . Европейское космическое агентство. Февраль 2015 . Дата обращения 9 февраля 2015 .
  38. ^ BICEP2 / Кек и Planck Collaborations (февраль 2015). «Совместный анализ BICEP2 / Keck Array и данных Planck ». Письма с физическим обзором . 114 (10): 101301. arXiv : 1502.00612 . Bibcode : 2015PhRvL.114j1301B . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.114.101301 . PMID 25815919 . S2CID 218078264 .  
  39. ^ Planck Collaboration (2016). «Результаты Planck 2015. XIII. Космологические параметры». Астрономия и астрофизика . 594 : A13. arXiv : 1502.01589 . Bibcode : 2016A & A ... 594A..13P . DOI : 10.1051 / 0004-6361 / 201525830 . S2CID 119262962 . 
  40. ^ Planck Collaboration (2020). «Результаты Planck 2018. VI. Космологические параметры (см. PDF, стр. 15, Таблица 2)». Астрономия и астрофизика . 641 : А6. arXiv : 1807.06209 . DOI : 10.1051 / 0004-6361 / 201833910 . S2CID 119335614 . 

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Дамбек, Торстен (май 2009 г.). «Планк готовится рассечь Большой взрыв». Небо и телескоп . 117 (5): 24–28. OCLC  318973848 .

Внешние ссылки [ править ]

  • ЕКА
    • Сайт миссии Планка
    • Сайт науки Планка
    • Веб-сайт операций Planck
    • Веб-сайт результатов науки Планка
  • НАСА
    • Сайт миссии Планка
    • Архив NASA / IPAC Planck