「宇宙微波背景輻射」溫度有相應的差異,只不過這種差異極小,再加上由於一部分無線電波被大氣吸收的緣故,所以在地球上根本無法進行,靈敏度足以辨別微小差異的精密觀測。
NASA於1989年發射了「科比」衛星,其全名便是「宇宙背景探測器」,升高後的「科比」衛星
首先在較窄的範圍內,對「宇宙微波背景輻」射進行了精確探測,大約6周後,所公布的探測結果與理論預測幾乎完全吻合。之後「科比」衛星,探測所有方向上的「宇宙微波背景輻射」,旨在繪製宇宙背景輻射的全圖,從而確認宇宙的確存在溫度差異。
1992年「科比」衛星,觀察團隊正式公布了「宇宙微波背景輻射」的全景觀測結果,這便是我們現在看到的布滿紅色和藍色的橢圓形圖,這些顏色差異正是為了強調「宇宙微波背景輻射」溫度的微小差異,「宇宙微波背景輻射」的溫度,就像水面上泛起的漣漪那樣具有微小的起伏和差異,這補稱為「宇宙微波背景輻射」的各向異性。
圖解:滿紅色和藍色的橢圓形圖,就是「宇宙微波背景輻射全景圖」
在觀測成果新聞發布會上,2006年諾貝爾物理學家得主,美國天體物理學家「喬治·斯穆特」,是如何講述「宇宙微波背景輻射」的?
「科比」衛星的觀測結果是人類有史以來,首次發現了早期宇宙中物質分布不均勻的證據,正是由於這種不均勻,宇宙中後來才形成了各種星體,從某種意義上說宇宙背景輻射全景圖,是觀測宇宙最古老的光後,繪製而成的最古老的宇宙面貌。
圖解:「科比」衛星,在太空執行任務
根據「科比」衛星的觀測結果所繪製的「宇宙背景輻射全景圖」中,用紅色和藍色特別強調了宇宙背景輻射的溫度差異,但實際上這種溫差大約只有10萬之一(開爾文)。「科比」衛星的觀測結果顯示宇宙背景輻射的平均溫度為2.725K,高溫區域與低溫區域分別只比平均值高出或低出0.00001K。
1992 年4 月,斯穆特激動地宣布了,他們利用 COBE 衛星的觀測結果--發現了期待已久的宇宙微波背景中的微弱的異向性現象,這是在 1 億光年大小的天區內的熱的和冷的變化。
在「科比」衛星之後,科學家們又進一步提升了衛星的精度和靈敏度,發射了新的宇宙背景輻射觀測衛星
1.2001年NASA發射了「威爾金森」微波各向異性探測器「WMAP」、
2.2009年歐洲空間局發射了「普朗克衛星」、
圖解:「科比」衛星、「WMAP」、「普朗克衛星」、拍攝到的圖片對比度
相比於「科比」衛星,大約為7度的觀測精度,「WMAP」的觀測精度達到了0.2度,而「普朗克衛星」更是達到了0.08度,雖然三個衛星所給出的圖片顏色不盡相同,雖然它們的精度相差甚遠,但三個觀測結果都揭示了一個共同之處,那就是橢圓中心略偏右下方的地方,有一處溫度變低的區域,至於此處形成的原因至今仍是未解之謎。
圖解:橢圓中心略偏右下方的地方,有一處溫度變低的區域,至於此處形成的原因至今仍是未解之謎。
那麼通過解讀宇宙背景輻射全景圖,我們能夠了解到宇宙的什麼信息呢?
首先是宇宙的成分,根據「普朗克衛星」的觀測數據,通過對宇宙背景輻射的分析表明,宇宙中已知物質僅佔整個宇宙成分的4.9%,真相不明的暗物質佔26.8%,而其餘的68.3%則是真相不明的暗能量。除了成分之外,也可以通過「宇宙背景輻射」得知宇宙的年齡,計算年齡的原理非常簡單,那就是(時間=距離除以速度)。