COBE
| COBE | ||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 | ||||||||||
 | ||||||||||
| Jiné názvy | Cosmic Background Explorer, Explorer 66 | |||||||||
| COSPAR | 1989-089A | |||||||||
| Katalogové číslo | 20322 | |||||||||
| Start | 18. listopadu 1989 | |||||||||
| Kosmodrom | Vandenberg Air Force Base, Kalifornie, USA | |||||||||
| Nosná raketa | Delta II | |||||||||
| Stav objektu | na polární geocentrické dráze | |||||||||
| Trvání mise | 4 roky | |||||||||
| Provozovatel | NASA | |||||||||
| Výrobce | Goddardovo kosmické středisko | |||||||||
| Druh | mikrovlnná a infračervená observatoř | |||||||||
| Program | Explorer | |||||||||
| Hmotnost | 2206 kg | |||||||||
| Parametry dráhy | ||||||||||
| ||||||||||
| Teleskop | ||||||||||
| Vlnová délka | 1 µm-10 mm | |||||||||
| Chladicí médium | Helium | |||||||||
| Přístroje | ||||||||||
| ||||||||||
| Oficiální web | Domovská stránka | |||||||||
| Některá data mohou pocházet z datové položky. | ||||||||||
COBE (z anglického Cosmic Background Explorer někdy také Explorer 66) byla v roce 1989 první družice, která se věnovala kosmologii. Družice byla vybavena třemi hlavními přístroji pro výzkum infračervené a mikrovlnné části elektromagnetického spektra. Jejím úkolem bylo proměřit reliktní záření a získat tak informace, které by pomohly vylepšit naše znalosti o vesmíru. Objevy družice COBE v oblasti teploty vyzařování reliktního záření odpovídaly předpokladům dle teorie velkého třesku a tím tuto teorii podpořily.
Pozadí
V roce 1974 ohlásila NASA svůj úmysl vypustit malý nebo středně velký astronomický satelit řady Explorer. Celkem bylo dodáno 121 návrhů na podobu a účel družice, tři z nich se věnovaly studiu reliktního záření. Tehdy však tyto návrhy neprošly a NASA se tak věnovala infračervenému teleskopu IRAS. Argumenty na podporu výzkumu reliktního záření však byly tak silné, že se jimi NASA začala znovu zabývat. V roce 1976 ustavila NASA komisi, v niž zasedli zástupci oněch tří týmů, které o dva roky dříve navrhly výzkum reliktního záření. O rok později byl představen návrh polární družice s názvem COBE (Cosmic Background Explorer). Družici měla vynést raketa Delta nebo tehdy nový raketoplán Space Shuttle. Přístrojové vybavení družice měly tvořit tři vědecké přístroje:
| Přístroj | Akronym | Popis | Hlavní výzkumník |
|---|---|---|---|
| Differential Microwave Radiometer | DMR | Mikrovlnný přístroj, který je schopen mapovat odchylky (nebo anizotropie) v reliktním záření. | George Smoot |
| Far-InfraRed Absolute Spectrophotometer | FIRAS | Spektrometr pro měření spektra reliktního záření | John Mather |
| Diffuse InfraRed Background Experiment | DIRBE | Infračervený detektor pracující na více vlnových délkách, pro mapování tepelného vyzařování kosmického prachu. | Mike Hauser |
NASA návrh přijala, avšak pod podmínkou, že cena včetně nosné rakety a zpracování dat nepřekročí 30 milionů dolarů. Kvůli přečerpání rozpočtu programu Explorer byla stavba COBE zahájena až po roce 1981. Stavba probíhala v Goddardově kosmickém centru a kvůli úsporám byly některé části jako infračervené detektory a dewarova nádoba (tepelně izolační nádoba na kapalné helium) odvozeny od součástí IRAS.
COBE měla být vynesena na palubě raketoplánu při misi STS-82-B v roce 1988, ale havárie Challengeru plány posunula. Na svou oběžnou dráhu kolem Země synchronní se Sluncem byla umístěna 18. listopadu 1989 pomocí rakety Delta II.
Výběr oběžné dráhy byl jako vždy ovlivněn charakterem mise a možnostmi nosného systému. Prvořadými požadavky byla možnost pokrytí celé oblohy, omezení radiového rušení na minimum a udržení teplotní stability přístrojů a chladicího systému. Zvolená kruhová dráha synchronní se sluncem a s inklinací 99° vyhovovala jak možnostem raketoplánu (s přídavným pohonem samotnou družici) i raketě Delta. Výška dráhy byla kompromisem mezi radiovým rušením ze Země a z oblasti Van Allenových pásů ve větších výškách.
Přístrojové vybavení
Konstrukce družice byla z větší části založena na designu infračerveného teleskopu IRAS, avšak měla několik unikátních charakteristik. Kvůli povaze mise a potřebě měřit a kontrolovat zdroje systémových chyb, byl potřeba přesný a komplexní design. COBE měla pracovat minimálně šest měsíců a měla být schopna omezit rušivé působení vnějších vlivů jako byly umělé radiové signály ze Země a jiných družic a přirozené radiové interference planety Země, Měsíce a Slunce. Přístroje na palubě vyžadovaly teplotní stabilitu pro udržování konstantního příjmu a vysokou míru čistoty pro omezení vstupu zbloudilého světla a minimalizaci tepelného vyzařování částic. Pro snímání a následné modelování reliktního záření z různých úhlů bylo nutné, aby družice rotovala rychlostí 0,8 otáčky za minutu. Osa rotace byla nakloněna vůči vektoru orbitální rychlosti tak, aby se předešlo kontaktu citlivé optiky s možnými zbytky atmosféry. Také to předcházelo infračerveným zábleskům, pocházejícím z nárazů elektricky neutrálních, avšak vysokorychlostních částic do optické výbavy.
Pro zajištění potřeby pomalé rotace a tříosé stabilizace byla sonda vybavena dvojicí setrvačníků, jejichž moment hybnosti byl opačný k momentu hybnosti celé družice. Součet momentů hybnosti tak byl udržován na nule. Chlazení přístrojů FIRAS a DIRBE měl na starosti systém sestávající z tepelně izolační nádoby, naplněné 650 litry supratekutého helia. Tento systém byl přejat z teleskopů IRAS a byl schopen chladit oba přístroje na teplotu 2 K (-271 °C) po celou dobu trvání mise. Na ochranu citlivých přístrojů před přímými vlivy radiového rušení a infračerveného záření byl kolem přístrojů umístěn kuželovitý štít. Elektrickou energii dodávaly solární panely o výkonu 750 W.
Na palubě družice pracovaly tři přístroje:
- DIRBE - přístroj na měření difuzního infračerveného záření
- FIRAS - spektrofotometr pro vzdálenou infračervenou oblast
- DMR - diferenciální mikrovlnný radiometr, oproti předchozím byl chlazen pasivně „pouze“ na 140 K (-133 °C)
Výsledky měření
Během dlouhého období příprav družice COBE bylo provedeno mnoho experimentů zabývajících se studiem reliktního záření. V roce 1981 oznámili současně dva universitní týmy, že se jim povedlo detekovat čtyřpólovou distribuci reliktního záření. Toto zjištění mohlo znamenat distribuci reliktního záření podle záření absolutně černého tělesa, což měl mít na starosti přístroj FIRAS na COBE. Tyto experimenty se však nepovedlo napodobit. V roce 1987 provedl Americko-Japonský tým experiment, který však předchozí závěry vyvracel, když nenalezl shodu mezi teoretickým vyzařováním absolutně černého tělesa a reliktního záření. Vědci tak museli počkat na výsledky z COBE. Přístroj FIRAS stanovil, že reliktní záření odpovídá záření absolutně černého tělesa s teplotou 2,7 K, což bylo přesně podle teorie velkého třesku.
Přístroj DRM mohl mapovat anisotropii reliktního záření po celé čtyři roky. DRM jako jediný nebyl závislý na chlazení kapalným heliem a mohl tak pracovat i po vyčerpání chladicího systému. Za tuto dobu byl schopen vytvořit mapu mikrovlnného reliktního záření pokrývající celou oblohu. Mikrovlnné reliktní záření je velmi slabé a DRM ho tak musel oddělit od ostatních zdrojů záření. 23. dubna 1992 tým amerických vědců oznámil objevení anizotropie v datech z družice COBE, což bylo okamžitě na celém světě prezentováno jako jeden z nejzásadnějších vědeckých objevů.
Přístroj DIBRE odhalil 10 nových galaxií v oblasti dlouhého infračerveného vyzařování (IR) a dalších 9 kandidátů na zařazení mezi galaxie ve slabší oblasti dlouhého infračerveného vyzařování. Galaxie, které vyzařovaly IR o vlnových 140 až 240 μm poskytly informace o mračnech prachu. Spojení těchto údajů s údaji IRAS na vlnových délkách 60 až 100 μm umožnilo určit různé druhy a teploty prachových oblaků v mezihvězdném prostoru. Výsledkem DIBRE byl také model galaktického disku, viditelný z pozice Země.
Nástupcem sondy COBE se 30. června 2001 stala sonda WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe), která mapuje reliktní záření s vyšší rozlišovací schopností.
Odkazy
Reference
V tomto článku byly použity překlady textů z článků COBE na slovenské Wikipedii a Cosmic Background Explorer na anglické Wikipedii.
Související články
Externí odkazy
Obrázky, zvuky či videa k tématu COBE na Wikimedia Commons - www.lambda.gsfc.nasa.gov - Cosmic Background Explorer
- www.solarsystem.nasa.gov - COBE
- Space40: 1989-089A - COBE
- www.nssdc.gsfc.nasa.gov - 1989-089A Archivováno 18. 7. 2009 na Wayback Machine.
Média použitá na této stránce
Artist's concept of the Cosmic Background Explorer (COBE) spacecraft, the predecessor to the WMAP Project. COBE was launched by NASA into an Earth Orbit in 1989 to make a full sky map of the Cosmic Microwave Background (CMB) radiation leftover from the Big Bang. The first results were released in 1992. COBE's limited resolution (7 degree wide beam) provided the first tantilising details in a full sky image of the CMB.
Start družice COBE, 18. listopad 1989, Vandenberg Air Force Base.
The monopole spectrum of the Cosmic Microwave Background Radiation using the original data set by the FIRAS team, available at http://lambda.gsfc.nasa.gov/product/cobe/firas_monopole_get.cfm. The vertical axis "MJy/sr" corresponds to 106jansky per steradian, where a jansky is 10-26 Watts per square-meter per Hertz. The horizontal axis ("1/cm") corresponds to the reciprocal of the microwave wavelength (in cm), which is proportional to the microwave frequency. The error bars are too small to be displayed by a computer screen, but vastly exaggerated error bars were included to show the measured data points. Made with GNUPlot.
NASA's comment on the original picture: "Cosmic Microwave Background (CMB) spectrum plotted in waves per centimeter vs. intensity. The solid curve shows the expected intensity from a single temperature blackbody spectrum, as predicted by the hot Big Bang theory. A blackbody is a hypothetical body that absorbs all electromagnetic radiation falling on it and reflects none whatsoever. The FIRAS data were taken at 34 positions equally spaced along this curve. The FIRAS data match the curve so exactly, with error uncertainties less than the width of the blackbody curve, that it is impossible to distinguish the data from the theoretical curve. These precise CMB measurements show that 99.97% of the radiant energy of the Universe was released within the first year after the Big Bang itself. All theories that attempt to explain the origin of large scale structure seen in the Universe today must now conform to the constraints imposed by these measurements. The results show that the radiation matches the predictions of the hot Big Bang theory to an extraordinary degree. See Mather et al. 1994, Astrophysical Journal, 420, 439, "Measurement of the Cosmic Microwave Background Spectrum by the COBE FIRAS Instrument,"Wright et al. 1994, Astrophysical Journal, 420, 450,"Interpretation of the COBE FIRAS CMBR Spectrum," and Fixsen et al. 1996, Astrophysical Journal, 473, 576,"The Cosmic Microwave Background Spectrum from the Full COBE FIRAS Data Sets" for details."
Temperature of the Cosmic Microwave Background (CMB) radiation spectrum as determined with the COBE satellite during the first two years of the Differential Microwave Radiometer (DMR) observation. The plane of the Milky Way Galaxy is horizontal across the middle of each picture.
In this map, the dipole due to the solar system movement has been removed, as well as the radiation of our own galaxy.
Note: This map is based on data collected over the two first years of the four-year COBE mission. Therefore, it has been superseded by the four-year map.