COBE
|
| |||
| COBE - Cosmic Background Ixplorer | |||
|---|---|---|---|
| Organisació | NASA | ||
| Centres | Goddard Space Flight Center | ||
| Tipo de missió | Cosmologia | ||
| Satèlit en òrbita | terrestre | ||
| Llançament | 18 de novembre de 1989
(Originalment per a llançament en el transbordador en 1988) | ||
| Duració missió | 4 anys | ||
| Massa | 2.270 kg | ||
| NSSDC ID | ----- | Web | http://lambda.gsfc.nasa.gov/product/cobe/ |
| Òrbita | |||
| Semieje major | 900,2 km | ||
| Excentricitat | 0,0006 - 0,0012 | ||
| Inclinament | 99,3° | ||
| Periodo orbital | 103 minuts | ||
| Instruments | |||
| DIRBE | bolómetro infrarroig | ||
| FIRAS | bolómetro infrarroig | ||
| DMR | radiómetro | ||
Plantilla:Cosmologia L'Explorador del Fondo Còsmic COBE (Cosmic Background Ixplorer), conegut també com Explorer 66, va anar el primer satèlit construït especialment per a estudis de cosmologia. El seu objectiu va ser investigar la radiació de fondo de microones (o CMB per les seues sigles en anglés Cosmic Microwave Background) i obtindre mides de la mateixa que ajudaren a ampliar la nostra comprensió del cosmos. La seua missió, planificada per a un periodo d'al voltant de 4 anys, va escomençar el 18 de novembre de 1989.
Els resultats obtinguts pels seus instruments confirmen en gran partix els postulats de la Teoria del Big Bang. D'acort en el Comité del Premi Nobel, "el proyecte COBE es pot considerar com el punt de partida per a la cosmologia com una ciència de precisió".[1] Dos dels principals investigadors del COBE, George F. Smoot i John C. Mather, varen rebre el Premi Nobel de Física en 2006. El satèlit WMAP de la NASA és el successor actual de la missió COBE.
Història
En 1974, la NASA va llançar un Anunci d'Oportunitat per a missions astronòmiques que utilisaria un explorador espacial de tamany chicotet o mig. Ademés de les 121 propostes rebudes, tres tracten en l'estudi de la radiació de fondo cosmológica. Encara que últimament estes propostes varen perdre davant el Infrared Astronomical Satellite (IRAS), la força de les tres propostes enviades va manar un clar mensage a la NASA de que era una qüestió per a considerar. En 1976, la NASA havia seleccionat a membres de cada u dels tres equips ponents de 1974 per a realisar una proposta conjunta per a un satèlit conceptual. Un any despuix, este equip va aparéixer en la proposta d'un satèlit polar orbitante que podria ser llançat per un eixida Delta o el Shuttle, cridat COBE. Contindria els següents instruments:[2]
Radiómetro Diferencial de Microones (DMR) - un instrument de microones que mapearía variacions (o anisotropíes) en la radiació de fondo de microones (Investigador Principal: George F. Smoot) Espectrofotómetro Absolut del Infrarrojo Lluntà (FIRAS) - un espectrofotómetro utilisat per a medir l'espectre de la radiació de fondo de microones (Investigador Principal: John C. Mather) Experiment Difuso per al Fondo de Infrarrojos (DIRBE) - un detector de infrarroig de múltiple llongitut d'ona utilisat per a mapear emissions de pols (Investigador Principal: Mike Hauser)
La NASA va acceptar la proposta proporcionada de que els costs poden mantindre's per baix dels 30 millons de dólars, excloent els anàlisis de llançament i senyes. Degut a que el cost sobrepassava el programa pel IRAS, el treball de construcció del satèlit en el Centre de Vol Espacial Goddard (GSFC) no va escomençar fins a 1981. Per a aforrar costs, el COBE va utilisar detectors de infrarroig similars i un termo d'heli líquit com els utilisats en l'IRAS.
El COBE va ser originalment planejat per a ser llançat en un Transbordador espacial en 1988, pero l'explosió del Challenger va retardar este pla quan els transbordadors varen ser retirats del servici. La NASA va mantindre als ingeniers del COBE per a que no s'anaren a atres agències espacials per a llançar el COBE, pero finalment, un COBE redissenyat va ser posat en òrbita el 18 de novembre de 1989 a bordo d'una eixida Delta. Un equip de científics nortamericans va anunciar el 23 d'abril de 1992, que havien trobat les llavors primigènies (anisotropía del CMB) en senyes del COBE. L'anunci va ser realisat al món sancer com un descobriment científic fonamental i va ser portada del New York Claves.
El Premi Nobel de Física de 2006 va ser conjuntament per a John C. Mather, del Centre de Vol Espacial Goddard de la NASA, Greenbelt, MD, USA, i George F. Smoot, Universitat de Califòrnia, Berkeley, CA, USA "pel seu descobriment de la forma de cos negre i les anisotropía del fondo còsmic de microones."
La nau espacial
El COBE va ser un satèlit de tipo Explorador, en tecnologia prestada enormement del IRAS, pero en algunes característiques úniques.
La necessitat de controlar i medir totes les fonts d'errors sistemàtics va requerir un rigorós i integrat disseny. El COBE tindria que operar durant un mínim de 6 mesos i la restricció de la cantitat d'interferències de radi des del sol, el COBE i atres satèlits aixina com l'interferència radiactiva des de la Terra, el Sol i la Lluna.[3] Els instruments requerien estabilitat de temperatura i per a mantindre el guany i un alt nivell de neteja per a reduir l'entrada de llum desviada i l'emissió tèrmica de partícules.
La necessitat de controlar l'error sistemàtic en la mida de les anisotropía del CMB i les diferents ànguls d'elongació són necessàries per a modelizar la rotació del satèlit de 0.8 rpm.[3] Els eixos de rotació també són inclinats cap a arrere des del vector de velocitat orbital com una precaució contra possibles depòsits de gasos residuals atmosfèrics en l'òptica aixina com contra la lluentor infrarroig del que resultarien els impactes de partícules ràpides neutres en la seua superfície.
Per a complir les demandes de la rotació llenta i l'actitut dels tres eixos controla un sofisticat parell de rodes de moment per al virage angular que varen ser amprades en els seus eixos orientats a lo llarc dels seus eixos de rotació.[3] Estes rodes varen ser utilisades per a tindre un moment angular opost al de la nau sancera per a crear un sistema en ret de moment angular zero.
L'òrbita es comprovaria per a ser determinada basant-se en els objectius específics de la missió espacial. Les consideracions primordials varen ser necessàries per a cobrir tot el cel, la necessitat d'eliminar radiació desviada des dels instruments i la necessitat de mantindre l'estabilitat tèrmica dels bidons i els instruments.[3] Una òrbita circular síncrona en el Sol satisfea tots estos requisits. Una òrbita a 900 km d'altitut en un inclinament de 99° va ser elegida en adaptar-se dins de les capacitats d'un transbordador (en una propulsió auxiliar en el COBE) o una Eixida Delta. Esta altitut va ser un bon compromís entre la radiació de la Terra i la càrrega de partícules en els cinturons de radiació la Terra a altes altures. Un nodo ascendent a les 6 p. m. va ser elegit per a permetre al COBE seguir la frontera entre la llum del Sol i l'obscuritat de la Terra durant l'any.
L'òrbita combinada en l'eix de rotació va fer possible mantindre la Terra i el Sol contínuament per baix del pla de la coraza, permetent una completa agranada del cel cada sis mesos.
Les últimes dos parts importants pertanyents al COBE varen ser els bidons i la coraza Sol-Terra. Els bidons tenien 650 litros de heli superfluit criostático dissenyats per a mantindre els instruments FIRAS i DIRBE fredor durant la duració de la missió. Estava basat en el mateix disseny que utilisat en l'IRAS i va poder ventilar heli a lo llarc de l'eix de rotació prop de les matrius de comunicació. La coraza cònica Sol-Terra protegia els instruments de la llum solar directa i la radiació terrestre aixina com les ràdio-interferències des de la Terra i l'antena de transmissió del COBE. Les seues mantes d'aïllament multicapa varen proporcionar aïllament tèrmic per als bidons.[3]
Troballes científiques
La missió científica va ser conduïda pels tres instruments detallats prèviament: DIRBE, FIRAS i el DMR. Els instruments es solapaban en llongitut d'ona, proporcionant consistència a l'hora de comprovar les mides en les regions de solape espectral i assistència en discriminar senyals de la nostra galàxia, sistema solar i el CMB.[3]
Els instruments del COBE satisfarien cada u dels seus objectius aixina com la realisació d'observacions que tindrien implicacions fòra de l'objectiu inicial del COBE.
Curva de cos negre del CMB
Durant la llarga gestació del COBE, es varen produir dos resultats astronòmics significatius. En primer lloc, en 1981, dos equips d'astrònoms, un liderat per David Wilkinson de Princeton i l'atre per Francesco Melchiorri de l'Universitat de Florencia, varen anunciar simultàneament haver detectat la distribució en forma de cuadripolo del CMB utilisant instruments basats en globos sonda. Esta troballa hauria segut la detecció de la distribució de cos negre del CMB que devia medir l'instrument FIRAS del COBE. No obstant, atres experiments varen intentar duplicar els seus resultats i no varen poder fer-ho.[2]
En segon lloc, en 1987 un equip japonés-nortamericà conduït per Andrew Lange i Paul Richardson de la UC Berkeley i del Toshio Matsumoto de l'Universitat de Nagoya varen fer l'anunci de que el CMB no era un cos negre real.
En un experiment en eixida sonda, varen detectar un excés de lluentor a llongituts d'ona de 0.5 i 0.7 mm. Estos resultats feyen dubtar de la validea de la Teoria del Big Bang en general i varen ajudar a sostindre la Teoria de l'Estat Estacionario.[2]
En estos desenrolls que servixen de teló de fondo a la missió COBE, els científics esperaven en impaciència els resultats del FIRAS. Estos resultats varen ser sorprenents lloc que varen demostrar un ajust perfecte del CMB i la curva teòrica d'un cos negre a una temperatura de 2.7 K, i mostrant aixina com erròneus els resultats de Berkeley-Nagoya.
Les mides del FIRAS es varen realisar medint la diferència espectral entre una zona de cel de 7° contra un cos negre intern. L'interferómetro del FIRAS cobria entre 2 i 95 cm-1 en dos bandes separades a 20 cm-1. Hi ha dos llongituts d'agranada (curta i llarga) i dos velocitats d'agranada (ràpida i llenta) per a un total de quatre modos diferents d'agranada. Les senyes varen ser recolectades durant un periodo de més de dèu mesos.[4] seguixca'm en ig conte:jhm00011
Anisotropía intrínseca del CMB
El DMR podia tardar quatre anys en mapear l'anisotropía de la radiació de fondo ya que era l'únic instrument no depenent del suministrament dels bidons de heli per a mantindre's fret. Esta operació podia crear mapes complets del CMB sostraent emissions galàctiques i dipols en vàries freqüències. Les fluctuacions del fondo còsmic de microones són extremadament dèbils, només una part entre 100.000 comparada en la temperatura mija de 2.73 kelvin del camp de radiació. La radiació de fondo de microones és un residu del Big Bang i les fluctuacions són l'impronta del contrast de la densitat en l'Univers primigeni. Les ones de densitat es creu que han produït la formació d'estructures tal com s'observen en l'Univers hui en dia: cúmuls de galàxies i vastes regions desprovistas de galàxies (NASA).
Detecció de galàxies primerenques
El DIRBE també va detectar 10 noves galàxies que emetien en el infrarroig lluntà en la regió no inspeccionada pel IRAS aixina com nou atres candidats en el dèbil infrarroig lluntà que poden ser galàxies espiral.
Les galàxies que varen ser detectades en 140 i 240 µm també podien proporcionar informació sobre la pols molt freda (VCD). A estes llongituts d'ona, la massa i la temperatura del VCD pot ser obtinguda.
Quan estes senyes varen ser reunides per a 60 i 100 µm en l'IRAS, es va trobar que la lluminositat de l'infrarroig lluntà apareix de la pols freda (17-22 K) associat en els núvols cirrosas difusas, 15-30% de la pols freda (19 K) associat en el gas molecular i menys del 10% de la pols càlida (29 K) en les regions de baixa densitat.[5]
Atres contribucions del COBE
Ademés de les troballes del DIRBE sobre galàxies, també va realisar atres dos contribucions significatives a la ciència.[5]
El DIRBE va poder conduir estudis sobre pols interestelar i determinar que el seu orige provenia d'asteroides o partícules de cometes. Les senyes del DIRBE recolectats en 12, 25, 50 i 100 µm varen poder concloure que els grans d'orige asteroidal varen poblar les bandes IPD i el núvol pla de pols interestalar.[6]
La segona contribució que el DIRBE va fer va ser un model de la vora del disc galàctic vist des de la nostra posició. D'acort al model, si el nostre Sol està a 8.6 kpc del centre galàctic, llavors el sol està a 15.6 pc per damunt del pla mig del disc, que té una escala radial i vertical de 2.64 i 0.333 kpc, respectivament i combado de forma consistent en la capa HI. Tampoc hi ha cap indici d'un disc fi.[7]
Per a crear este model, la pols interestelar té que ser sostret de les senyes del DIRBE. Es va trobar que este núvol, com a vista des de la Terra és Llum zodiacal, no estava centrada en el Sol, com es pensava prèviament, sino en un lloc de l'espai a uns quants millons de quilómetros. Açò és per l'influència gravitacional de Saturn i Júpiter.[2]
Implicacions cosmológiques
Ademés dels resultats científics detallats en l'última secció, hi ha numeroses preguntes cosmológiques sense resposta en els resultats del COBE. Una mida directa de la llum de fondo extragaláctica també pot proporcionar importants restriccions en el història cosmológica integrada de la formació de les estreles, la producció de metal i pols i la conversió de la llum estelar en emissions infrarrojas de la pols.[8]
Observant els resultats del DIRBE i del FIRAS des de 140 a 5000 µm podem detectar que l'intensitat del fondo de llum és de 16 nW/(m²·sr). Açò és consistent en l'energia lliberada durant la nucleosíntesis i constituïx entre el 20%-50% de l'energia total lliberada en la formació de Heli i metals a lo llarc de l'història de l'Univers. Atribuïda només a fonts nuclears, esta intensitat implica que més del 5-15% de la densitat de massa bariónica implicada en els anàlisis de la nucleosíntesis del Big Bang ha segut processada en les estreles per a formar Heli i elements més pesats.[8]
També va haver implicacions significatives sobre la formació d'estreles. Les observacions del COBE proporcionen importants restriccions sobre la taxa de formació d'estreles i nos ajuda a calcular l'espectre del fondo de llum per a vàries formacions d'estreles. L'observació realisada per el COBE necessita que la taxa de formació d'estreles en corriment al roig de z ˜ 1.5 siga major que l'inferida a partir d'observacions en òptica ultravioleta per un factor de 2. Este excés d'energia estelar té que ser generat principalment per estreles massives en galàxies cobertes de pols no detectades encara o regions de formació d'estreles extremadament polvorientas en galàxies observades.[8] El història de la formació d'estreles exacta no pot ser resolta sense ambigüitat per el COBE i es tindrà que resoldre en observacions posteriors futures.
El 30 de juny de 2001, la NASA va llançar una missió de seguiment del COBE conduïda per Charles L. Bennett. El WMAP ha clarificat i expandit els guanys del COBE.
Referències
- ↑ «Informació per al públic» (PDF). Archivat des d'el original, el 24 d'octubre de 2007. Consultat el 27 de novembre de 2007.
- ↑ 2,0 2,1 2,2 2,3 Leverington, David (2000). Nous Horisons Còsmics: Astronomia Espacial des del V2 fins al Telescopi Espacial Hubble, Cambridge: Cambridge University Press. ISBN 0-521-65833-0.
- ↑ 3,0 3,1 3,2 3,3 3,4 3,5 Boggess, N.W., J.C. Mather, R. Weiss, C.L. Bennett, E.S. Cheng, E. Dwek, S. Gulkis, M.G. Hauser, M.A. Janssen, T. Kelsall, S.S. Meyer, S.H. Moseley, T.L. Murdock, R.A. Shafer, R.F. Silverberg, G.F. Smoot, D.T. Wilkinson i E.L. Wright(1992).«La Missió del COBE: El seu Disseny i Rendiment Dos Anys despuix del seu llançament».397
- 420, Preprint No. 92-02.doi:10.1086/171797.
- ↑ Fixsen, D. J.; Cheng, E. S.; Cottingham, D. A.; Eplee, R. E., Jr.; Isaacman, R. B.; Mather, J. C.; Meyer, S. S.;Noerdlinger, P. D.; Shafer, R. A.; Weiss, R.; Wright, E. L.; Bennett, C. L.; Boggess, N. W.; Kelsall, T.; Moseley, S. H.; Silverberg, R. F.; Smoot, G. F.; Wilkinson, D. T.(1994).«Espectre en forma de dipol del fondo còsmic de microones medit per l'instrument FIRAS del COBE».420
- 445.doi:10.1086/173575.
- ↑ 5,0 5,1 T. J. Sodroski, C. Bennett, N. Boggess, E. Dwek, B. A. Franz, M. G. Hauser, T. Kelsall, S. H. Moseley, N. Odegard, R. F. Silverberg, and J. L. Weiland(1994).«Característiques a gran escala de pols interestelar de les observacions del COBE DIRBE».428
- 638-646.doi:10.1086/174274.
- ↑ Spiesman, W.J., M.G. Hauser, T. Kelsall, C.M. Lisse, S.H. Moseley, Jr., W.T. Reach, R.F. Silverberg, S.W. Stemwedel i J.L. Weiland(1995).«Observacions del infrarrojo propenc i lluntà de bandes de pols interplanetario de l'Experiment de Fondo del Infrarrojo Difuso del COBE».442
- 662, Preimpresión No. 94-12.doi:10.1086/175470.
- ↑ Freudenreich, H.T.(1996).«La forma i color del disc galàctic».468
- 663.doi:10.1086/177724.
- ↑ 8,0 8,1 8,2 Dwek, E., R. G. Arendt, M. G. Hauser, D. Fixsen, T. Kelsall, D. Leisawitz, Y. C. Pei, E. L. Wright, J. C. Mather, S. H. Moseley, N. Odegard, R. Shafer, R. F. Silverberg i J. L. Weiland(1998).«La busca del fondo còsmic de infrarrojos per part de l'Experiment de Fondo de Infrarrojos Difuso del COBE: IV. Implicacions Cosmológiques».508
- 106-122.
Arny, Thomas T. (2002). Exploracions: una Introducció a l'Astronomia (Tercera Edició), Nova York: McGraw-Hill Higher Education. ISBN 0-07-246570-0. Odenwald, S., J. Newmark, i G. Smoot(1998).«Un estudi de les galàxies externes detectades per l'Experiment del Fondo de Infrarrojos Difuso del COBE».500
- 554-568.
A. R. Liddle, D. H. Lyth(1993).«El Destorbament de Densitat de Matèria Obscura Freda».231
- 1-105.
Texts escrits per al públic general
Arrugues en el Temps per George Smoot i Keay Davidson, Harper Perennial, Reimpressió (1 d'octubre de 1994) ISBN 0-380-72044-2
La Primera Llum: La Veritat de l'Història de la Restrospección Científica als Orígens de l'Univers, po John C. Mather i John Boslough, ed. Basic Books (novembre de 1998) ISBN 0-465-01576-X
Enllaços externs
Web de la NASA sobre el COBE Perfil de la Missió COBE per Exploració del Sistema Solar de la NASA Dibuix del dipol del COBE, mostrant el moviment de 600 kps de la Terra relatiu al fondo còsmic de radiació
Wikimedia Commons alberga contingut multimèdia sobre COBE.
Referències
- Este artícul conté una traducció derivada de «COBE» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.