В ходе наблюдений за Вселенной на микроволновом уровне было открыто, что во все стороны идет достаточно однородное излучение, известное как радиационный космический фон. Космологи объясняют его как эхо Большого взрыва, но для этого еще нужны основательные доказательства.
ОТКРЫТИЯ. В 1948 году американский физик русского происхождения Джордж Гамов и его молодые коллеги Ральф Эльфер и Роберт Герман выдвинули теорию, что Вселенная возникла 10-20 млрд лет назад при очень высоких температуре и плотности, как и предполагает теория Большого взрыва; тогда расширение должно охладить излучение до 5 градусов выше абсолютного нуля (-2/3,15 °С), а его спектр будет выглядеть как спектр "черного тела", то есть аналогично излучению любого тела, находящегося в полном термическом равновесии при данной температуре.
Любопытно, что это излучение было открыто совершенно случайно в 1964 году, о чем на следующий год сообщили Арно Пензиас и Роберт Вильсон, работавшие в американской "Белл телефон лабораторис". Ученые вели работу с помощью антенны, построенной для связи с телекоммуникационными спутниками "Эко", когда неожиданно обнаружили фоновый электрический шум, который непрерывно испускался во всех направлениях. Поначалу они подумали, что это помехи, наведенные близко расположенным передатчиком. Но проверка окрестных территорий не обнаружила ни одного источника микроволнового излучения. Исследователи пришли к заключению, что причина шума в излучении, видимо, равномерно поступающем из космоса, а точнее - из далеких недр Вселенной от источника с реальной температурой около 3,5 К , а длина волны составляет 7 см. Температура была выше теоретически ожидаемой, и поэтому исследователи не торопились с обнародованием своего открытия.
За открытие фонового космического излучения Пензиас и Вильсон получили в 1 978 году Нобелевскую премию в области физики вместе с группой астрономов Принстонского университета - Диком, Пибблзом, Роллом и Уилкинсом, которые в том же 1964 году занимались радиоастрономическими исследованиями, как раз пытаясь обнаружить излучение.
ПРОИСХОЖДЕНИЕ ФОНОВОГО КОСМИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ. Согласно теории большого взрыва, когда температура первородной Вселенной опускается примерно до 3000 К, элементарные частицы могут образовывать атомы водорода и гелия. Внезапное исчезновение свободных электронов приводит к излучению, которое свободно распространяется в виде фотонов при микронной длине волны.
С этого момента Вселенная становится прозрачной для излучения. До рекомбинации тепловое равновесие между энергией и материей следовало закону Планка о черном теле. Вселенная была непрозрачной оптически. После рекомбинации излучение продолжало точно следовать закону "черного тела", хотя уже больше не находилось в равновесии с материей. Длина волны испущенного излучения сдвигается к красному с расширением Вселенной, пока не достигает диапазона микроволн. Поэтому температура излучения черного тела, обратно пропорциональная длине волны, уменьшается по достижении примерно 3 К.
Слабое излучение, наблюдаемое сегодня, - это информация о давно прошедших событиях, потому что свет из галактики вышел очень давно, когда возраст Вселенной составлял 300 или 500 тысяч лет, а плотность была 1000 атомов на см3.
ХАРАКТЕРИСТИКИ. Пензиас и Вильсон открыли, что интенсивность излучения одинакова во всех направлениях с погрешностью в 3%. Такая однородность была присуща и первородной Вселенной. Однако нам известно, что Вселенная неоднородна: есть галактики и скопления галактик, расположенные вокруг огромных пустых "сфер".
Неоднородность Вселенной, наступившая по прошествии времени после Большого взрыва, должна наложить отпечаток и на фоновое излучение. Поэтому, чтобы обнаружить действительную деформацию, самое главное - с особой точностью измерить спектр этого излучения. Чтобы избежать искажения приходящей на Землю волны сантиметрового диапазона, вносимого поглощением и испусканием излучения молекулами земной атмосферы, 18 ноября 1989 года НАСА запустило спутник "Кобе" (Cosmic microwave Background Explorer).
Уже через 9 мин после запуска были получены прекрасный спектр черного тела, никогда раньше не наблюдавшегося в природе, и еще одно подтверждение теории Большого взрыва, потому что только в столь особых условиях космическое излучение может "преданно" следовать закону излучения черного тела. Полученная погрешность составила 0,005%. Еще более интересное открытие было сделано в 1992 году, когда на "Кобе" был помещен детектор. Наблюдались небольшие колебания по отношению к среднему излучению, равные почти сотой доле, которые соответствуют более горячей зоне. Обнаруженные колебания температуры составили порядка 0,000030 К при средней температуре 2,73 К. Согласно утверждениям космологов, такие флуктуации возникают во Вселенной из-за неоднородности, приведшей впоследствии к образованию галактик. Для ее изучения разрабатываются и реализуются различные задачи для спутников.
| << Назад | Далее >> |
