第一宇宙速度推导,宇宙微波靠山辐射:创世的第一缕曙光

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火星仍有火山活动!证据就藏在地下湖

根据一项新研究,火星可能仍存在比较活跃的火山活动。没有人发现火山活动的直接证据,也没有人发现喷发、岩浆或者类似现象,然而,相关证据就隐藏在水中。2018年,科学家在火星南极的冰层下方发现一个20公里宽的液态水湖。

第一宇宙速度推导,宇宙微波靠山辐射:创世的第一缕曙光   (图片泉源:ifa.hawaii.edu)
  创世的第一缕曙光   神说:要有光。于是创世38万年后,终于有了光。   1964年,贝尔实验室的工程师 Arno Penzias 和 Robert Wilson 正在调试一台天线,发现无论如何都有一种靠山噪声,无论天线朝向哪个偏向,甚至是清理了天线上的鸟粪、重新组装了天线,都挥之不去。   与此同时,有一伙天文学家却在苦苦追寻宇宙大爆炸理论中所预言的宇宙靠山辐射而求之不得。   凭据大爆炸学说,在创世大爆炸之初,尚未形成恒星与星系,宇宙中充斥着致密、高温的氢等离子体以及辐射。随着宇宙膨胀、冷却,离子和电子险些在瞬间复合形成中性粒子,今后光子最先在宇宙中畅通无阻,而不是不停被等离子体散射。这一事宜称为光子退耦,宇宙在这一刻突然变得透明,此时宇宙的岁数是38万年。   光子退耦时从混沌中走出来的光子,就带着创世的信息,一直穿行在宇宙中,直到撞上人类的探测器。这种辐射就是“宇宙靠山辐射”,就像大爆炸的遗产,以是又被称为或者“遗留辐射”。   宇宙的膨胀会使这些光子越来越暗,波长越来越长,能量越来越低,凭据理论,当今的宇宙靠山辐射应当相当于3K的黑体辐射,又叫“微波靠山辐射”。   工程师的事情很快被天文学家知道了,就这样,人类看到了创世纪的第一缕曙光。1973年的诺贝尔物理学奖也授予了发现宇宙靠山辐射的 Penzias 和 Wilson 。
第一宇宙速度推导,宇宙微波靠山辐射:创世的第一缕曙光   Penzias 和 Wilson 发现靠山辐射的 Holmdel 喇叭形天线(图片泉源:NASA)
  宇宙靠山辐射的不平均性   基于宇宙学基本原理,大尺度上,宇宙是平均、各向同性的,以是宇宙靠山辐射应当也是各向同性的。观察效果也大体上云云,

火星纪事15年:再见,“机遇号”

美国宇航局的“机遇号”火星车于2004年1月登陆火星。这辆火星车的原定任务只有区区90天,但在服役期间,“机遇号”却表现出令人惊异的生命力。从登陆到因遭遇尘暴袭击而光荣退役,这辆探测车共在火星上跋涉了15个年头。除了运气好,“机遇号”还有哪些长寿秘诀?

不外在险些平均的基础上,照样存在约5%的涨落。   这些细微的不平均性是由于靠山光子在旅途中与天体发生了相互作用,故而也携带了这些天体的信息。以是微波靠山光子就像信使一样,给我们带来宇宙深处的新闻。2006年,诺贝尔物理学奖授予了周详丈量了宇宙靠山辐射的John Mather和George Smoot。针对宇宙靠山辐射的不平均性,现在有诸多理论。
第一宇宙速度推导,宇宙微波靠山辐射:创世的第一缕曙光   Plank卫星绘制的最新最高分辨率宇宙微波靠山辐射图(图片泉源:ESA/NASA/JPL-Calteck)
  Sunyaev-Zel’dovich 效应   Sunyaev-Zel’dovich 效应指出了宇宙靠山辐射的光子与星系团等天体中的高能电子发生逆康普顿散射而导致观察到的温度漫衍发生转变的征象。   经由逆康普顿散射,高能电子的一部分能量转移给了靠山辐射中的低能光子,因而低能光子的数目削减,高能光子的数目增添,光子的总能量增添,靠山辐射不再是理想的黑体辐射。
第一宇宙速度推导,宇宙微波靠山辐射:创世的第一缕曙光   ALMA(阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列)首次观察到SZ效应(图片泉源:参考文献[4])
  重子声波振荡   重子声波振荡(Baryon Acoustic Oscillations, BAO)是宇宙中可见的重子物质的规则周期性密度涨落。正如超新星可以作为尺度烛光,重子声学振荡的物质成团性也可以作为丈量宇宙学距离的尺度尺。   这个尺度尺的长度(现在约4.9亿光年)可以通过大尺度结构巡天来丈量。通过对重子声学振荡的丈量,我们可以更多地限制宇宙学参数,从而领会导致宇宙加速膨胀的暗能量的性子。
第一宇宙速度推导,宇宙微波靠山辐射:创世的第一缕曙光   重子声波振荡艺术效果图(图片泉源:大科技)
  积分Sachs-Wolfe效应   宇宙不是完全平均的,以是四处存在着引力势阱。当靠山辐射的光子掉进引力势阱的时刻就会获得能量,爬出这个势阱的时刻就会损失能量。若是该势阱不随时间改变,正负抵消,光子的最终能量不会改变。   在广义相对论加物质密度即是临界密度的平直宇宙学中,大尺度上-即线性区域里的引力势简直不随时间改变的,因此光子能量稳定。然则,上述三个条件(平直宇宙、广义相对论、物质主导)的任何一个得不到知足 ,线性尺度上的引力势就会随时间改变,导致光子掉进势阱时获得的能量和爬出势阱时损失的能量不能严酷抵消,光子能量改变,造成靠山辐射温度的改变。这种新的微波靠山各向异性,就是the integrated Sachs-Wolfe(ISW)效应,由天文学家R.K. Sachs和A.M. Wolfe于1967年提出。   由于该效应是光子路径上所有引力势转变的累加效应,以是称为积分Sachs-Wolfe效应,以便与由于光子最后散射面上引力势转变引起的微波靠山温度扰动,即Sachs-Wolfe效应,相区分。
第一宇宙速度推导,宇宙微波靠山辐射:创世的第一缕曙光   WMAP卫星探测到的宇宙微波靠山辐射的一个低温区,嫌疑由ISW效应引起(图片泉源:wikipedia)

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