Der Kosmische Hintergrundforscher (COBE), auch gekennzeichnet als Forscher 66, war ein der Kosmologie gewidmeter Satellit. Seine Absichten waren, die kosmische Mikrowellenhintergrundradiation (CMB) des Weltalls zu untersuchen und Maße zur Verfügung zu stellen, die helfen würden, unser Verstehen des Weltalls zu gestalten.

Diese Arbeit hat Beweise zur Verfügung gestellt, die die Urknall-Theorie des Weltalls unterstützt haben: Dass der CMB ein nah-vollkommenes Spektrum des schwarzen Körpers war, und dass er sehr schwachen anisotropies hatte. Zwei der hauptsächlichen Ermittlungsbeamten von COBE, George Smoots und John Mathers, haben den Nobelpreis in der Physik 2006 für ihre Arbeit am Projekt erhalten. Gemäß dem Nobelpreis-Komitee, "kann das COBE-Projekt auch als der Startpunkt für die Kosmologie betrachtet werden

als eine Präzisionswissenschaft".

Geschichte

1974 hat NASA eine Ansage der Gelegenheit für astronomische Missionen ausgegeben, die einen kleinen - oder mittelgroßes Forscher-Raumfahrzeug verwenden würden. Aus den 121 Vorschlägen erhalten, drei hat sich mit dem Studieren der kosmologischen Hintergrundradiation befasst. Obwohl diese Vorschläge gegen den Astronomischen Infrarotsatelliten (IRAS) verloren haben, hat ihre Kraft NASA weiter die Idee erforschen lassen. 1976 hat NASA ein Komitee von Mitgliedern von jeder von drei Vorschlag-Mannschaften von 1974 gebildet, um ihre Ideen für solch einen Satelliten zusammenzustellen. Ein Jahr später hat dieses Komitee einen polar umkreisenden Satelliten genannt COBE vorgeschlagen, entweder durch eine Delta-Rakete oder durch Raumfähre gestartet zu werden. Es würde die folgenden Instrumente enthalten:

NASA hat den Vorschlag vorausgesetzt, dass die Kosten akzeptiert, die weniger als $ 30 Millionen zu behalten sind, Abschussvorrichtung und Datenanalyse ausschließend. Erwartet zu kosten überflutet im Forscher-Programm wegen IRAS, die Arbeit am Konstruieren des Satelliten an Goddard Space Flight Center (GSFC) hat bis 1981 nicht begonnen. Um Kosten zu sparen, würden die Infrarotentdecker und das flüssige Helium dewar auf COBE denjenigen ähnlich sein, die auf IRAS verwendet sind.

COBE wurde ursprünglich geplant, um auf einer Raumfähre-Mission STS-82-B 1988 vom Vandenberg Luftwaffenstützpunkt gestartet zu werden, aber die Herausforderer-Explosion hat diesen Plan verzögert, als Pendelbusse niedergelegt wurden. NASA hat die Ingenieure von COBE davon abgehalten, bis andere Raumfahrtbehörden dabei zu sein, COBE zu starten, aber schließlich wurde ein neu entworfener COBE in die mit der Sonne gleichzeitige Bahn am 18. November 1989 an Bord einer Delta-Rakete gelegt. Eine Mannschaft von amerikanischen Wissenschaftlern hat am 23. April 1992 bekannt gegeben, dass sie die primordialen "Samen" (CMBE anisotropy) in Daten von COBE gefunden hatten. Die Ansage wurde weltweit als eine grundsätzliche wissenschaftliche Entdeckung berichtet und ist auf der Titelseite der New York Times gelaufen.

Der Nobelpreis in der Physik für 2006 wurde John C. Mather, NASA Raumflugzentrum von Goddard, und George F. Smoot, Universität Kaliforniens, Berkeley, "für ihre Entdeckung der Blackbody-Form und anisotropy der kosmischen Mikrowellenhintergrundradiation gemeinsam zuerkannt."

Raumfahrzeug

COBE war ein Forscher-Klassensatellit, mit der Technologie geliehen schwer von IRAS, aber mit einigen einzigartigen Eigenschaften.

Das Bedürfnis, alle Quellen von systematischen Fehlern zu kontrollieren und zu messen, hat ein strenges und einheitliches Design verlangt. COBE würde für ein Minimum von 6 Monaten funktionieren, und den Betrag der Radioeinmischung vom Boden, COBE und den anderen Satelliten sowie der Strahlungseinmischung von der Erde, der Sonne und dem Mond beschränken müssen. Die Instrumente haben Temperaturstabilität verlangt und Gewinn und ein hohes Niveau der Reinheit aufrechtzuerhalten, um Zugang der thermischen und leichten Streuemission von particulates zu reduzieren.

Das Bedürfnis, systematischen Fehler im Maß des CMB anisotropy und Messen der Tierkreiswolke in verschiedenen Verlängerungswinkeln für das nachfolgende Modellieren zu kontrollieren, hat verlangt, dass der Satellit an einer 0.8 Rpm-Drehungsrate rotiert. Die Drehungsachse wird auch zurück vom Augenhöhlengeschwindigkeitsvektoren vorsichtshalber gegen mögliche Ablagerungen von restlichem atmosphärischem Benzin auf der Optik ebenso gegen das Infrarotglühen gekippt, das sich schnell aus neutralen Partikeln ergeben würde, die seine Oberflächen mit der äußerst hohen Geschwindigkeit schlagen.

Um die Zwillingsnachfragen der langsamen Folge und Drei-Achsen-Einstellungskontrolle, eines hoch entwickelten Paares des Gierens zu befriedigen, wurden winkelige Schwung-Räder mit ihrer entlang der Drehungsachse orientierten Achse verwendet. Diese Räder wurden verwendet, um einen winkeligen Schwung gegenüber diesem der kompletten Raumfahrzeuge zu tragen, um ein winkeliges Nullnettoschwung-System zu schaffen.

Die Bahn würde sich erweisen, gestützt auf den Details der Mission des Raumfahrzeugs bestimmt zu werden. Die überwiegenden Rücksichten waren das Bedürfnis nach dem vollen Himmel-Einschluss, das Bedürfnis, Streuradiation von den Instrumenten und dem Bedürfnis zu beseitigen, Thermalstabilität des dewar und der Instrumente aufrechtzuerhalten. Eine kreisförmige mit der Sonne gleichzeitige Bahn hat alle diese Voraussetzungen befriedigt. 900 km wurde die Höhe-Bahn mit einer 99 ° Neigung gewählt, weil sie innerhalb der Fähigkeiten zu irgendeinem Pendelbus (mit einem Hilfsantrieb auf COBE) oder eine Delta-Rakete passt. Diese Höhe war ein guter Kompromiss zwischen der Radiation der Erde und der beladenen Partikel in den Strahlenriemen der Erde an höheren Höhen. Ein steigender Knoten um 18:00 Uhr wurde gewählt, um COBE zu erlauben, der Grenze zwischen Sonnenlicht und Dunkelheit auf der Erde im Laufe des Jahres zu folgen.

Die mit der Drehungsachse verbundene Bahn hat es möglich gemacht, die Erde und die Sonne ständig unter dem Flugzeug des Schildes zu behalten, ein volles Himmel-Ansehen alle sechs Monate erlaubend.

Die letzten zwei wichtigen Teile, die der COBE Mission gehören, waren der dewar und das mit der Sonneerdschild. Der dewar war ein superflüssiges 650-Liter-Helium cryostat hat vorgehabt, den FIRAS und die DIRBE während der Dauer der Mission abgekühlten Instrumente zu halten. Es hat auf demselben Design wie ein verwendeter auf IRAS basiert und ist im Stande gewesen, Helium entlang der Drehungsachse in der Nähe von der Nachrichtenreihe abzureagieren. Das konische mit der Sonneerdschild hat die Instrumente vor der direkten basierten und Sonnenerdradiation sowie Radioeinmischung von der Erde und dem Übertragen des COBE der Antenne geschützt. Seine Mehrschicht-Isolieren-Decken haben Thermalisolierung für den dewar zur Verfügung gestellt.

Wissenschaftliche Ergebnisse

Die Wissenschaftsmission wurde durch die drei Instrumente ausführlich berichtet vorher geführt: DIRBE, FIRAS und der DMR. Die Instrumente haben im Wellenlänge-Einschluss überlappt, Konsistenzprüfung auf Maßen in den Gebieten des geisterhaften Übergreifens und der Hilfe im Absondern von Signalen von unserer Milchstraße, Sonnensystem und CMB zur Verfügung stellend.

Die Instrumente von COBE würden jedes ihrer Ziele sowie Bilden-Beobachtungen erfüllen, die Implikationen außerhalb des anfänglichen Spielraums von COBE haben würden.

Kurve des schwarzen Körpers von CMB

Während der langen Tragezeit von COBE gab es zwei bedeutende astronomische Entwicklungen. Erstens, 1981, haben zwei Mannschaften von Astronomen, ein geführter durch David Wilkinson von Princeton und anderem durch Francesco Melchiorri von der Universität Florenz, gleichzeitig bekannt gegeben, dass sie einen Quadrupol-Vertrieb von CMB das Verwenden von Ballon-geborenen Instrumenten entdeckt haben. Diese Entdeckung wäre die Entdeckung des Vertriebs des schwarzen Körpers von CMB gewesen, den FIRAS auf COBE messen sollte.

Insbesondere die Florenzer Gruppe hat eine Entdeckung der winkeligen Zwischenskala gefordert

anisotropies am Niveau 100 microkelvins in Übereinstimmung mit späteren Maßen durch das Experiment von BOOMERanG gemacht.

Jedoch haben mehrere andere Experimente versucht, ihre Ergebnisse zu kopieren, und waren unfähig, so zu tun.

Zweitens 1987 hat eine japanisch-amerikanische Mannschaft, die von Andrew Lange und Paul Richards von UC Berkeley und Toshio Matsumoto von Nagoya Universität geführt ist, eine Ansage gemacht, dass CMB nicht der eines wahren schwarzen Körpers war. In einem tönenden Rakete-Experiment haben sie eine Überhelligkeit an 0.5 und 0.7 Mm-Wellenlängen entdeckt.

Mit diesen Entwicklungen, die als eine Kulisse der Mission von COBE dienen, haben Wissenschaftler eifrig Ergebnisse von FIRAS erwartet. Die Ergebnisse von FIRAS erschraken, in dem sie einen vollkommenen passenden vom CMB und der theoretischen Kurve für einen schwarzen Körper bei einer Temperatur von 2.7 K gezeigt haben, so die falschen Ergebnisse von Berkeley-Nagoya beweisend.

FIRAS Maße wurden durch das Messen des geisterhaften Unterschieds zwischen einem 7 ° Fleck des Himmels gegen einen inneren schwarzen Körper gemacht. Der interferometer in FIRAS, der zwischen 2 und 95 Cm in zwei Bändern bedeckt ist, hat sich an 20 Cm getrennt. Es gibt zwei Ansehen-Längen (kurz und lang) und zwei Ansehen-Geschwindigkeiten (schnell und langsam) für insgesamt vier verschiedene Ansehen-Weisen. Die Daten wurden im Laufe einer zehnmonatigen Periode gesammelt.

Innerer anisotropy von CMB

Der DMR ist im Stande gewesen, vier Jahre auszugeben, den feststellbaren anisotropy der kosmischen Hintergrundradiation kartografisch darstellend, weil es das einzige von der Versorgung des dewar von Helium nicht abhängige Instrument war, um es abgekühlt zu halten. Diese Operation ist im Stande gewesen, volle Himmel-Karten des CMB durch das Abziehen galaktischer Emissionen und Dipols an verschiedenen Frequenzen zu schaffen. Die kosmischen Mikrowellenhintergrundschwankungen, sind nur ein Teil in 100,000 im Vergleich zur 2.73 kelvin durchschnittlichen Temperatur des Strahlenfeldes äußerst schwach. Die kosmische Mikrowellenhintergrundradiation ist ein Rest des Urknalls, und die Schwankungen sind der Abdruck der Dichte-Unähnlichkeit im frühen Weltall. Wie man glaubt, haben die Dichte-Kräuselungen Struktur-Bildung, wie beobachtet, im Weltall heute erzeugt: Trauben von Milchstraßen und riesengroßen Gebieten, die an Milchstraßen (NASA) leer sind.

Das Ermitteln früher Milchstraßen

DIRBE hat auch 10 neue weite-IR Ausstrahlen-Milchstraßen im Gebiet entdeckt, das nicht durch IRAS sowie neun andere Kandidaten im schwachen weiten-IR überblickt ist, das spiralförmige Milchstraßen sein kann.

Milchstraßen, die an den 140 und 240 μm entdeckt wurden, sind auch im Stande gewesen, Auskunft über sehr kalten Staub (VCD) zu geben. An diesen Wellenlängen können die Masse und Temperatur von VCD abgeleitet werden.

Als diese Daten mit 60 und 100 μm von IRAS genommenen Daten angeschlossen wurden, wurde es gefunden, dass die Weit-Infrarotlichtstärke aus der Kälte (17-22 K) Staub entsteht, der mit dem weitschweifigen HALLO Ranke-Wolken, 15-30 % von der Kälte (19 K) Staub vereinigt ist, der mit molekularem Benzin und weniger als 10 % vom warmen (29 K) Staub in der verlängerten niedrigen Dichte HII Gebiete vereinigt ist.

DIRBE

Oben auf den Ergebnissen hatte DIRBE auf Milchstraßen, er hat auch zwei andere bedeutende Beiträge zur Wissenschaft geleistet.

Das DIRBE Instrument ist im Stande gewesen, Studien auf interplanetarischem Staub (IPD) zu führen und zu bestimmen, ob sein Ursprung vom Asteroiden oder den cometary Partikeln war. Die DIRBE Daten haben sich an 12, 25 versammelt, 50 und 100 μm sind im Stande gewesen zu beschließen, dass Körner des asteroidal Ursprungs die IPD Bänder und die glatte IPD Wolke bevölkern.

Der zweite Beitrag gemachter DIRBE war ein Modell der Galaktischen Platte als gesehener Rand - auf von unserer Position. Gemäß dem Modell, wenn unsere Sonne 8.6 kpc vom Galaktischen Zentrum ist, dann ist die Sonne 15.6 pc über dem midplane der Platte, die radiale und vertikale Skalenlängen von 2.64 und 0.333 kpc beziehungsweise hat, und wird in einem Weg verzogen, der mit HALLO Schicht im Einklang stehend ist. Es gibt auch keine Anzeige einer dicken Platte.

Um dieses Modell zu schaffen, musste der IPD aus den DIRBE Daten abgezogen werden. Es wurde gefunden, dass diese Wolke, die so gesehen von der Erde Tierkreislicht ist, auf die Sonne, wie vorher gedacht, aber auf einen Platz im Raum einige Millionen Kilometer weg nicht in den Mittelpunkt gestellt wurde. Das ist wegen des Schwerkraft-Einflusses des Saturns und Jupiters.

Kosmologische Implikationen

Zusätzlich zu den in der letzten Abteilung ausführlich berichteten Wissenschaftsergebnissen gibt es zahlreiche kosmologische Fragen verlassen unbeantwortet durch die Ergebnisse von COBE. Ein direktes Maß des Extragalactic-Hintergrundlichtes (EBL) kann auch wichtige Einschränkungen auf die einheitliche kosmologische Geschichte der Sternbildung, des Metalls zur Verfügung stellen und Produktion und die Konvertierung des Sternenlichtes in Infrarotemissionen durch Staub abstauben.

Indem

wir auf die Ergebnisse von DIRBE und FIRAS in den 140 bis 5000 μm schauen, können wir entdecken, dass die einheitliche EBL Intensität 16 nW / ist (M · sr). Das ist mit der Energie im Einklang stehend, die während nucleosynthesis veröffentlicht ist, und setzt ungefähr 20-50 % der Gesamtenergie ein, die in der Bildung von Helium und Metallen überall in der Geschichte des Weltalls veröffentlicht ist. Zugeschrieben nur Kernquellen deutet diese Intensität an, dass mehr als 5-15 % der baryonic Massendichte, die durch den Urknall nucleosynthesis Analyse einbezogen ist, in Sternen zu Helium und schwereren Elementen bearbeitet worden sind.

Es gab auch bedeutende Implikationen in die Sternbildung. COBE Beobachtungen stellen wichtige Einschränkungen auf die kosmische Sternbildungsrate zur Verfügung, und helfen uns, das EBL Spektrum für verschiedene Sternbildungsgeschichten zu berechnen. Durch COBE gemachte Beobachtung verlangt dass Sternbildungsrate an Rotverschiebungen von z  1.5, größer zu sein, als das, das aus UV-optical Beobachtungen durch einen Faktor 2 abgeleitet ist. Diese Übersternenergie muss durch massive Sterne in eingehüllten Milchstraßen des noch unentdeckten Staubs oder äußerst staubige Sternformen-Gebiete in beobachteten Milchstraßen hauptsächlich erzeugt werden. Die genaue Sternbildungsgeschichte kann durch COBE nicht eindeutig aufgelöst werden, und weitere Beobachtungen müssen in der Zukunft gemacht werden.

Am 30. Juni 2001 hat NASA eine Anschlußmission zu vom DMR Abgeordneten Principal Investigator Charles L. Bennett geführtem COBE gestartet. Die Mikrowelle von Wilkinson Anisotropy Probe hat sich geklärt und sich nach den Ausführungen von COBE ausgebreitet.

Siehe auch

• Mikrowelle von Wilkinson Anisotropy Untersuchung — Der Nachfolger von COBE
• 9997 COBE — Ein geringer nach dem Experiment genannter Planet.

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Weiterführende Literatur

Außenverbindungen

• Die Website der NASA auf COBE
• NASA Informationsvideo vor COBE startet
• COBE Missionsprofil durch die Sonnensystemerforschung der NASA
• APOD Bild des COBE Dipols, die 600 kps Bewegung der Erde hinsichtlich der kosmischen Hintergrundradiation zeigend
• Kosmischer Artikel Background Explorer von Scholarpedia