Космос

Реліктове випромінювання. Історія відкриття.

Реліктове випромінювання-дивовижний феномен нашого Всесвіту. Це випромінювання виникло тоді, коли Всесвіт був зовсім молодий. Воно несе в собі сліди самого першого моменту життя Всесвіту і сліди багатьох мільярдів років, аж до наших днів.

Його вивчення дозволяє уточнювати фундаментальні константи нашого світу, бачити минуле і майбутнє. Частина карти реліктового випромінювання. Щоб зрозуміти звідки з’явилася ідея про реліктовому випромінюванні, потрібно заглянути на сто років тому.

На початку 20-го століття фізики не мали чіткого уявлення про будову Всесвіту. У тридцяті роки минулого століття Едвін Хаббл довів, що деякі спостережувані туманності є величезними зоряними островами – галактиками. Вимірювання відстаней до них і їх швидкостей привели Хаббла до дивовижного спостереження – чим далі від нас галактика, тим швидше вона від нас рухається.

Це було відкриття розширення Всесвіту. Спостереження вкладалися в простий закон, який тепер носить ім’я його автора. Відстані до галактик вимірювалися за класичними цефеїдами.

Робилися знімки однієї області, після чого на проявлених кадрах потрібно було знайти зірку, яскравість якої змінилася. На цьому знімку Туманності Андромеди вперше була знайдена цефеїда (відзначена VAR – variable – змінна). Варто сказати, що Нобелівської премії Хабблу за це не вручили.

Але після його смерті Нобелівський комітет став розглядати астрономічні відкриття не окремою дисципліною, а в рамках премії з фізики. Едвін Хаббл за роботою на телескопа той момент вже існували різні теорії розвитку Всесвіту. Природно ці теорії повинні були знаходиться в рамках недавно з’явилася теорії відносності.

Два Фізика (Фрідман Олександр Олександрович і Леметр Жорж) незалежно розробили теорію гарячого Всесвіту. В якості початку появи Всесвіту пропонувався Великий вибух-розширення Всесвіту з компактного гарячого об’єкта. Відкриття Хабблом розширення Всесвіту стало підтвердженням теорії гарячого Всесвіту.

Але ця теорія передбачала ще й наявність якогось залишкового світіння, яке назвали реліктовим випромінюванням. Воно виникло в певний момент, коли іонізоване речовина Всесвіту охололо і перестало бути плазмою. Щоб зрозуміти як виникло це випромінювання, потрібно розібратися з однією властивістю плазми.

Коли при спуску космічний корабель входить в атмосферу, то навколо нього утворюється хмара з плазми. У цей самий відповідальний момент повністю відсутній зв’язок з кораблем. Хмара плазми, в якому летить корабель, не пропускає електромагнітні хвилі і радіозв’язок неможлива.

Хмара плазми навколо спускається космічного корабляеслі почати нагрівати який-небудь газ, то при певній температурі почнеться його іонізація. Якщо щільність в газі достатня для постійного зіткнення атомів, то такий стан іонізованого газу називається плазмою. Енергії атомів нагрітого газу вистачає на те, щоб при зіткненнях вибивати електрони один у одного.

З’являються вільні електрони, і позитивно заряджені атоми. Вільні заряди можуть поглинати і випускати фотони будь-яких довжин хвиль. Тепер фотони не можуть пролетіти через такий газ.

Їх енергія поглинається і витрачатися на енергію механічного руху заряджених ядер і електронів. Ті, в свою чергу, випускають фотони при прискореному русі. Наприклад, при зіткненнях.

Основне виділення енергії нашого Сонця відбувається в його надрах. Фотони, випущені при ядерному синтезі, не залишають сонце, тому що сонце є великим плазмовим кулею і не прозоро для електромагнітного випромінювання. Через це енергія, що народилася в центрі зірки, може “подорожувати” до зовнішніх шарів дуже довго.

Та енергія, яка доходить до нас від сонця, з’явилася не в поточний момент, а виділилася в атомному жерлі сотню років тому, після чого довго подорожувала. Перенесення енергії з центру зіркифотони в плазмі рухаються хаотично – вони випускаються електронами однаково в будь-яких напрямках. Тепер уявімо, що сонце в один момент перестало бути плазмовим кулею і стало прозорим.

Всі фотони, безладно носилися в плазмі, розлетяться у всіх напрямках. Для спостерігача всередині сонця вони перетворяться на потік фотонів, що летять з усіх боків. Сонце не може в один момент стати прозорим.

Але колись це сталося з нашим Всесвітом. У міру її розширення температура плазми падала. У якийсь момент механічної енергії руху атомів газу перестало вистачати для відриву електронів від протонів.

У Всесвіті з’явилася велика кількість нейтральних атомів водню. Всесвіт перестала існувати у вигляді плазми і стала прозорою! У цей самий момент всі фотони стали рухатися безперешкодно. Саме вони і називаються реліктовим випромінюванням.

Відбулася ця подія близько 300. 000 років з моменту Великого вибуху. Всі існуючі тоді неоднорідності щільності Всесвіту назавжди вкарбувалися в це випромінювання.

Неважко здогадатися, що фотони реліктового випромінювання приходять до нас з тих областей Всесвіту, за якими ми НЕ МОЖЕМО що-небудь побачити – світло від цих областей йшов до нас від моменту “просвітлення” Всесвіту до теперішнього моменту. Якби ми могли в цей час опинитися там і озирнутися навколо, то у всіх напрямках побачили б яскраве однорідне світіння, максимум якого знаходився б в рентгенівської частини спектра. Випромінювання заповнювало б весь простір Всесвіту.

У міру розширення Всесвіту її частини віддаляються один від одного. Це призводить до того, що фотони реліктового випромінювання “червоніють” (ефект Доплера). Іншими словами можна сказати, що температура реліктового випромінювання падає.

У наш час вона дорівнює 2. 725 K або -270. 4° C.

теорія гарячого Всесвіту передбачає такий фазовий перехід – від плазми до нейтральної речовини. У 50-і роки минулого століття цей момент активно опрацьовувався кількома теоретиками-Георгієм Гамовим, Ральфом Альфером і Робертом Германом. Розрахунки Альфера і Германа давали нинішню температуру реліктового випромінювання в 5 K, тоді як розрахунки Гамова давали оцінку в 3 K.

У 1965 році Пензіас і Роберт Вудроу Вільсон з Bell Telephone Laboratories проводили тести нової рупорної антени. У свідченнях апарату був присутній деякий шум, відповідний температурі 3. 5 к.

спочатку з’явилося припущення, що виною тому голуби, які облюбували порожнину антени. Такий випадок вже був і довелося чистити одну з антен. Але порожнина антени була в порядку.

Подальші експерименти показали, що шум пропадає, якщо направити антену в землю. Стало зрозумілим, що це якесь випромінювання з космосу. Шум був рівномірним у всіх напрямках.

Це була перша впевнена реєстрація реліктового випромінювання. За його виявлення Пензіас і Вільсон отримали Нобелівську премію. Рупорна антена, на якій було відкрито реліктове випромінювання.

Майже кожна людина “бачив” реліктове випромінювання. Якщо приймач домашнього телевізора не налаштований, то на екрані можна спостерігати картинку з шумом. Частина цього шуму становить саме реліктове випромінювання.

Шум на екрані телевізора, частина якого становить реліктове ізлученіекак було сказано вище, реліктове випромінювання несе в собі величезну кількість інформації про розвиток нашого Всесвіту. На сьогоднішній день в космосі працювали вже три апарати, що склали дуже детальну карту цього випромінювання. У майбутньому планується запуск систем нового класу точності.
Наприклад, такі апарати зможуть вивчати в реліктовому випромінюванні первинні гравітаційні хвилі, що стане ключовим підтвердженням стадії інфляції Всесвіту. Космічний телескоп Планк в складальному ангарі.

Related posts

Leave a Comment