Открытие реликтового излучения

Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа № 5 с углубленным изучением химии и биологии»

Учебная исследовательская работа

Тема:

 Открытие реликтового излучения

Выполнила:  Васильева Светлана,

обучающаяся 10 Т класса                                                                  

Руководитель: Куракова Надежда

 Александровна, учитель физики

Старая Русса

2017

Содержание

Введение                                                                                                            3

1.Предыстория открытия                                                                               4

2.Открытие реликтового излучения ― первые наблюдения               6

3.Исследования и объяснения реликтового излучения                        8

4.Свойства                                                                                                        13

5.Отношение к Большому Взрыву                                                             16

Заключение                                                                                                     18

Литература                                                                                                       19

Приложение                                                                                                    20

Введение

           Реликтовое излучение – это космическое электромагнитное излучение, приходящее на Землю со всех сторон неба примерно с одинаковой интенсивностью и имеющее спектр, характерный для излучения абсолютно чёрного тела при температуре около 3 К .

         Для своего исследования я выбрала именно эту тему, так как считаю, что история возникновения реликтового излучения тесно связана с историей человечества. Кроме того, эта тема интересна для меня и я хотела бы как можно шире раскрыть ее. Главная цель, которую я ставлю перед собой – это правильное и грамотное изложение первоисточника и полное раскрытие темы.

         Я постараюсь вызвать интерес у аудитории, перед которой я представлю свою исследовательскую работу.

Цель моей работы: изучить историю и особенности возникновения реликтового излучения

Задачи:

1. Ознакомиться с историей возникновения реликтового излучения
2. Изучить исследование и объяснение реликтового излучения
3. Обобщить теоретический материал по данной теме
4. Донести результаты до учеников

Предыстория открытия

           Свойства поверхности последнего рассеяния квантов на электронах являются ключом к решению важнейшей проблемы астрофизики, да и всего естествознания – как и почему в расширяющейся Вселенной возникли различные структурные формы самоорганизации материи? Корни этой проблемы уходят глубоко в историю астрономии и физики, к эпохе Галилео Галилея и Исаака Ньютона, когда первый, с помощью простейшего телескопа, существенно расширил горизонты изучения космоса, а второй, открыв закон всемирного тяготения, показал, что небесные тела движутся (и существуют) благодаря гравитации материи.

            Следующий шаг в решении проблемы сделал Джеймс Джинс, опубликовавший в 1902 году знаменитую работу о гравитационной неустойчивости пылевидной материи.

            Эта работа была опубликована в 1902 году, т.е., до открытия хаббловского разбегания галактик еще оставалось почти 27 лет. К чему же приведет учет эффекта расширения Вселенной? Это приводит к перестройке поля скоростей вещества в зоне неоднородности и вместо уплотнения конфигурации мы получим прямо противоположный эффект – неоднородность в распределении гравитирующей материи должна диссипировать (сглаживаться).

             В 1946 году советский физик Е. М. Лифшиц детально исследовал вопрос о темпе гравитационной неустойчивости в расширяющейся Вселенной. Основные выводы его работы сводились к следующему. Действительно, космологическое расширение приводит к уменьшению скорости нарастания амплитуды неоднородностей. Но средняя плотность материи уменьшается во времени еще быстрее. Следовательно, контраст плотности все-таки возрастает, хотя и значительно медленнее, по сравнению с наивным результатом, базирующемся на идее Дж. Джинса. На первый взгляд, чисто количественное различие ― вместо сильного лишь относительно слабый темп роста флуктуаций. Однако за этим различием кроются фундаментальные физические следствия. И, прежде всего – структура во Вселенной не является продуктом усиления обычных статистических флуктуаций плотности вещества! Отсюда вывод ― для развития структур в расширяющейся Вселенной уровня статистических флуктуаций недостаточно, а следовательно, в первичной космической плазме должны существовать малые неравновесные флуктуации, уровень которых, однако, превышает естественный равновесный фон на десятки порядков!

           До открытия реликтового излучения еще нужно подождать почти 20 лет, а до экспериментального обнаружения этих флуктуаций – почти все 50! Работы Лившица ставят две научные проблемы:

– какова должна быть природа неравновесных флуктуаций и каковы физические механизмы генерации, хотя и слабой в абсолютном измерении, но гигантской, по сравнению со статистическими шумами, начальной неоднородности Вселенной?

– каким образом можно проверить гипотезу о существовании именно такой догалактической иррегулярности в распределении вещества?

Отправной точкой для ответа на второй вопрос послужит уже упомянутое выше предсказание теории расширяющейся Вселенной о том, что от эпохи рекомбинации водорода и вплоть до настоящего момента времени реликтовое излучение распространяется в пространстве свободно, без какого то ни было прямого взаимодействия с веществом. Однако, при наличии слабой (на уровне тысячных долей процента) неоднородности в распределении вещества, этот процесс «окрашен» двумя важными дополнениями. Прежде всего, догалактические неоднородности плотности в эпоху рекомбинации водорода движутся относительно реликтового излучения с хаотическими скоростями. Как следствие, отделение плазмы от излучения в эпоху рекомбинации происходит чуть-чуть по-разному в различных точках пространства в силу влияния поля флуктуаций. Там где плотность вещества немного выше средней, выше и хаотические скорости движения плазмы. Кванты излучения, испытывая «последнее рассеяние» на электронах в зоне неоднородности, приобретают дополнительный импульс (а, следовательно, и энергию).

Открытие реликтового излучения ― первые наблюдения

           В 1941 году канадский астроном Эндрю Мак-Келлар занимался анализом звездных спектров. И пришел к выводу, что наблюдаемые спектральные линии можно объяснить существованием неизвестного источника излучения с температурой примерно два с половиной градуса Кельвина. Способ, которым исследовался межзвездный газ, был следующим. Если свет какой-либо звезды на пути к нам проходит сквозь облако межзвездного газа, то атомы и молекулы этого газа вызывают поглощение света звезды на строго определенных длинах волн. Так возникают в спектре линии поглощения межзвездного газа.

              Положение линий в спектре зависит от того, какой элемент или какая молекула вызывали поглощение, а также еще от того, в каком состоянии находятся атомы или молекулы.

            Э. Мак-Келлар анализировал линии поглощения, вызываемые в спектре звезды 2 Змееносца межзвездными молекулами циана (соединения углерода и азота). Он пришел к выводу, что эти линии (в видимой глазом области спектра) могут возникать только при поглощении света вращающимися молекулами циана. Причем вращение их должно возбуждаться излучением с температурой около 2,3 Кельвина. Ни сам Э. Мак-Келлар, ни кто другой, конечно, не подумали тогда о возможности того, что вращение молекул вызывается реликтовым излучением. Да и сама теория горячей Вселенной тогда еще не была создана!

            Только после открытия реликтового излучения были опубликованы в 1966 году три работы: И. Шкловского, Дж. Филда и Р. Тадеуша, в которых показано, что возбуждение вращения межзвездных молекул циана, наблюдавшееся по спектру звезды в созвездии Змееносца, вызвано реликтовым излучением.

            Таким образом, еще в 1941 году было обнаружено хоть и косвенное проявление реликтового излучения — его влияние на состояние вращения в межзвездных молекулах циана.

В середине пятидесятых годов молодой аспирант Пулковской обсерватории Тигран Шмаонов обнаружил космический фон, температура которого составляла несколько градусов и не зависела от направления на небе. Т. Шмаонов со всей тщательностью изучил возможные помехи. Конечно, в его распоряжении тогда не было еще столь чувствительных приемников, которые были потом у американских радиоастрономов. Результаты измерений Т. Шмаонова были опубликованы в 1957 году в его кандидатской диссертации и в советском журнале “Приборы и техника эксперимента”. Вывод из этих измерений был таков: “Оказалось, что абсолютная величина эффективной температуры радиоизлучения фона... равна 4±3 кельвина”. Т. Шмаонов отмечал независимость интенсивности излучения от направления и от времени. Хотя ошибки измерений Т. Шмаонова велики и говорить о какой-либо надежности цифры 4К не приходится, мы понимаем теперь, что Т. Шмаонов измерял именно реликтовое излучение. К сожалению, ни сам Т. Шмаонов, ни его руководители, ни другие радиоастрономы, которым были известны результаты его измерений, ничего не знали о возможности существования реликтового излучения не придали должного значения результатам этих измерений. Их довольно быстро забыли.

           Американские радиофизики Роберт Уилсон и Арно Пензиас в шестидесятых годах прошлого века поймали необъяснимый сигнал, интенсивность которого не менялась от направления на небосводе. «Измерения эффективной зенитной температуры шума дали значение на три с половиной градуса выше, чем ожидалось» — написали они в статье Astrophysical Journal в 1965 году. Через тринадцать лет Пензиас и Уилсон были удостоены за эту работу Нобелевской премии.

         Сам Тигран Шмаонов не придал своим измерениям должного значения не только в 1950-х, что легко объяснить, но даже после опубликования открытия реликтового излучения в 1965 году А. Пензиасом и Р. Вилсоном. Правда, в то время Т. Шмаонов работал уже совсем в другой области. Только в 1983 году наконец было обращено внимание на старые измерения, и Т. Шмаонов выступил по этому поводу с докладом на Бюро отделения общей физики и астрономии АН СССР. Это было спустя 27 лет после самих измерений и 18 лет после опубликования результатов А. Пензиаса и Р. Вилсона.

Так было открыто реликтовое излучение. Дальнейшие измерения показали, что температура реликтового фона составляет чуть меньше трех градусов Кельвина, а его спектр описывается законом Планка. То есть простирается на все частоты, его можно найти на любой длине волны. И Мак-Келлар, и Шмаонов, и Пензиас с Уилсоном, хотя и исследовали сигналы в совершенно разных диапазонах, имели дело с одним источником — реликтовым излучением.

Исследования и объяснения реликтового излучения

           Принято считать, что излучение это возникло, когда Вселенная была совсем молодой — примерно тринадцать с половиной миллиардов лет назад. Исходную температуру ему задала первичная плазма: невообразимо далекий, но, похоже, единственный астрономический объект, который и сегодня окружает нас со всех сторон. Не будем сейчас углубляться в детали физических теорий, скажем лишь, что параметры реликтового излучения крайне важны для понимания устройства нашего мира и законов его развития.

          Наблюдать реликтовый фон средствами наземной радиоастрономии довольно сложно: сигнал слабый, а приему серьезно мешает земная атмосфера. Пытаясь найти выход из положения, в 1974 году группа американских ученых предложила проект под названием COBE (Cosmic Background Explorer — космический исследователь фона). Измерения намечали проводить с борта искусственного спутника Земли, с помощью приемников-радиометров инфракрасного и микроволнового диапазонов.

          Независимо от американцев в самом начале семидесятых советский астрофизик Николай Кардашев также предложил идею исследовать реликтовое излучение из космоса.

          Предложение использовать внеземную обсерваторию оказалось весьма плодотворным. Если правильно выбрать стратегию наблюдений, космический радиотелескоп будет работать долго и непрерывно, в очень комфортных условиях. А холод окружающего пространства станет служить бесплатным холодильником. Ведь основными способами повышения чувствительности подобных наблюдений служат длительное накопление данных и глубокое охлаждение приемника.

           Идея Кардашева тогда нашла поддержку, и для ее осуществления выделили место на очередном советском спутнике серии «Прогноз».

           Новый проект получил название «Реликт», а Николай Семенович Кардашев стал его научным руководителем. Чувствительные радиометры разрабатывали в Москве, в недавно тогда созданном Институте космических исследований (ИКИ). Сначала хотели поставить на спутник приемники двух частотных диапазонов. Однако работы шли трудно, к тому же места на борту явно не хватало. В результате после ожесточенных споров решили обойтись единственным радиометром на частоту 37 гигагерц (37 000 МГц).

              Американский спутник COBE конкурировал с «Реликтом» и готовился параллельно. Советский прибор был существенно проще, имел меньшие возможности, но к его преимуществам можно отнести лучшее угловое разрешение и применение в приемнике так называемого параметрического усилителя. При прочих равных условиях это могло дать примерно двукратное повышение чувствительности. Американские специалисты тоже пытались использовать параметрики на самолетах и ракетах, но у них тогда ничего не получилось — сильные вибрации выводили нежные приборы из строя.

           Важнейшей характеристикой, которую предстояло определить в эксперименте, была пространственная неоднородность (анизотропия) реликтового излучения. В 1977 году Джордж Смут с коллегами уточнили так называемую дипольную составляющую анизотропии. Подобная неоднородность возникает из-за эффекта Доплера, при движении наблюдателя относительно фона.

         Ведущий разработчик СОВЕ, Джон Мэзер, так охарактеризовал ситуацию: «Приборов, в которых мы нуждались, просто нигде в мире не существовало. Многие вещи приходилось изобретать. А это дело не быстрое…» Следует отметить, что у американских коллег имелся хороший задел — аппаратура, уже опробованная в наземных наблюдениях, на высотных самолетах и аэростатах. У советской стороны положение оказалось много сложнее. Опыта полетов с такими приборами не было, отсутствовали и необходимые электронные компоненты. Некоторые специалисты вообще считали, что на том уровне техники задача невыполнима в принципе.

          Четверть века назад, 1 июля 1983 года, советский спутник «Прогноз-9» успешно вышел на расчетную орбиту. На его борту находилось около десятка научных приборов, в том числе радиометр «Реликт». Полет рассчитывался на шесть месяцев, но спутник прожил чуть дольше, до февраля 1984 года. За это время «Реликт» сделал около двадцати миллионов измерений, просканировал всю небесную сферу, причем ряд областей был просмотрен дважды.

           Задача обработки полученных данных оказалась весьма сложной, ведь космические наблюдения такого рода никогда и никто не проводил. Тем не менее, работа была выполнена: построена карта радиоизлучения небесной сферы, определена дипольная компонента, оценен сверху возможный спектр анизотропии. Точность измерений по тем временам была достигнута рекордная, но, как оказалось, недостаточная. Не удалось ответить на самый главный вопрос, который волновал ученых: есть ли, кроме дипольной, малые неоднородности в распределении излучения? Оставалось уповать на будущее и готовить новые, более совершенные наблюдения.

           В 1986 году принимается решение о продолжении исследований. Руководителем работ назначают Игоря Аркадьевича Струкова. Проведенный космический эксперимент стал первым этапом большой программы и именовался «Реликт-1».

     На следующем этапе предстояло запустить космический аппарат «Реликт-2» с новой, охлаждаемой аппаратурой. Лететь предстояло на полтора миллиона километров от Земли, в окрестность так называемой точки либрации — L2.

На самом деле работы по созданию новых научных приборов начались вскоре после запуска «Прогноза-9». И даже раньше — аппаратура «Реликта-1» сразу разрабатывалась так, чтобы на ее основе можно было сконструировать более чувствительные приемники различных диапазонов.

     В 1986 году произошла катастрофа «Челленджера». Национальное космическое агентство США приостановило полеты многоразовых кораблей и приняло решение использовать для СОВЕ ракету «Дельта-2». Потребовалось срочно снизить вес и габариты уже почти готовой конструкции. Только 18 ноября 1989 года, через шесть лет после старта «Реликта-1», спутник COBE был запущен на орбиту. Жидкого гелия для инфракрасных приборов хватило на десять месяцев, а микроволновые приемники трудились более четырех лет.

    В 1990 году были опубликованы первые результаты СОВЕ. Инфракрасная аппаратура сработала идеально. Исключительно точно удалось определить спектр реликтового излучения. Он оказался таким же, как у абсолютно черного тела, подогретого на 2,73 градуса выше абсолютного нуля. Для космологов это были очень важные сведения: подтверждалась гипотеза Большого взрыва — возникновения Вселенной из первичного раскаленного сгустка.

   Микроволновые радиометры СОВЕ за первый год наблюдений накопили хорошую чувствительность (принятые и суммированные за это время устойчивые сигналы заметно отличались от фона), но магнитное поле близкой Земли сильно исказило измерения. Поэтому американцы тогда пошли путем «Реликта» — ограничились оценкой анизотропии сверху и вычислением дипольной компоненты. Полученные величины, в пределах точности, соответствовали тому, что ранее определил «Реликт-1».

   В России все это время шла подготовка следующего эксперимента. При разработке программного обеспечения старые программы тщательно анализировали, уточняли, а многие писали заново. Для проверки были повторно обработаны данные первого «Реликта». Новые алгоритмы оказались более эффективными. Они позволили лучше учесть детали, отфильтровать шумы и — к общей радости — обнаружить наконец столь долго ускользающую анизотропию в реликтовом фоне. Основную роль здесь сыграл Андрей Анатольевич Брюханов, ныне ведущий сотрудник крупной московской фирмы, занимающейся компьютерными системами.

    Сенсационные цифры и выводы еще несколько месяцев проверялись и уточнялись. За это время удалось надежно оценить интенсивность неоднородностей и определить величину минимума излучения: «холодного» пятна на карте небесной сферы. После этого результаты были представлены общественности. Сначала, в конце 1991 года, прошло обсуждение в ИКИ. Затем, в январе 1992, был доклад Андрея Брюханова на астрофизическом семинаре в Государственном астрономическом институте. Потом — семинар в Физическом институте Академии наук.

Одновременно были направлены статьи в российские «Письма в Астрономический журнал» и английские «Monthly Notices of the Royal Astronomical Society». Струков поддерживал тесные контакты с группой COBE. Поэтому, как только материалы были получены редакциями, Игорь Аркадьевич послал копии ведущим специалистам за рубеж. А через некоторое время туда были переданы и данные «Реликта-1» с учетом новой обработки.

      А 23 апреля 1992 года команда COBE устраивает наконец долгожданную презентацию результатов по анизотропии. В «Astrophysical Journal» выходит целый букет статей. Американские коллеги преодолели все трудности и все-таки обнаружили в своих данных сигнал! Это произошло через три месяца после доклада Брюханова, почти через два с половиной года после запуска COBE. И через восемь с половиной лет после запуска советского «Реликта».

     Далее события развивались более драматично. В 1993 году в «Astrophysical Journal» появилась статья Чарльза Беннета с коллегами, посвященная результатам СОВЕ. Авторы утверждали, что в области, где «Реликт-1» наблюдал «холодное» пятно, более чувствительные приборы СОВЕ практически ничего не зарегистрировали. Возникли серьезные сомнения в достоверности измерений «Реликта» в этой области.

      Но найденное «пятно» было частным и не самым важным результатом «Реликта-1». Главным было обнаружение на небесной карте избыточного сигнала: анизотропии фонового излучения, но об этом в статье Беннета ничего не говорилось.

     Однако в научных кругах постепенно стало утверждаться мнение, что данным нашего эксперимента нельзя верить. Прошло еще около двух лет — и ссылки на «Реликт-1» почти полностью исчезли и из зарубежных статей, и даже из исторических обзоров

     Пионерские работы часто грешат ошибками. В 1873 году вертушка Вильяма Крукса крутилась вовсе не от давления света и не в ту сторону. В 1910-м Роберт Милликен занизил заряд электрона. Эдвин Хаббл в 1929 году ошибся в измерении космологической постоянной, в дальнейшем названной его именем. Но ошибки эти ничуть не умалили сделанных открытий. Поэтому интересно проследить завершение этой истории — и в России, и за рубежом.

     В 2006 году за работы по реликтовому излучению Нобелевский комитет присудил премию по физике американским исследователям Джорджу Смуту и Джону Мэзеру. Именно Мэзер был среди авторов первых предложений по проекту COBE, а затем ответственным за инфракрасный канал спутника. А Смут возглавлял работы по микроволновому измерителю анизотропии. Так что награда более чем заслуженная.

     Приемники COBE были весьма чувствительны к переменчивому магнитному полю Земли, его влияние американцы учитывали очень сложным образом. По всем научным канонам в таких случаях требуется независимое подтверждение. Именно эту работу намечалось осуществить в России с помощью нового спутника «Реликт-2», запуск которого планировался на последние годы уходящего века.

    Но в 1997 году высокое космическое начальство приняло «замечательное» решение: работы по российскому проекту «Реликт-2» прекратить… К этому моменту подготовка «Реликта-2» шла уже более десяти лет. Сформировался большой, сплоченный коллектив. Удалось создать новые, чувствительные приемники. Их опробовали при двадцати градусах выше абсолютного нуля. В эксперименте такие условия не ожидались, но команда Струкова шла привычным путем: мы надеялись не останавливаться и через некоторое время запустить спутник «Реликт-3» с рекордными параметрами! Первый комплект радиометров «Реликта-2» успешно прошел испытания и продемонстрировал готовность к работе. Были развернуты и отлажены уникальные измерительные стенды, разработано и проверено новое программное обеспечение. Стоимость запуска спутника с «Реликтом-2» была небольшой, значительно меньшей, чем «Протонов» и обитаемых «Союзов».

     В этой обстановке американцы неспешно готовили следующий «реликтовый» спутник — MAP (Microwave Anisotropy Probe — зонд микроволновой анизотропии). Аппарат был успешно запущен летом 2001 года. В дальнейшем его названию стала предшествовать буква «W» — в честь неутомимого американского исследователя реликтового излучения Дэвида Уилкинсона (David Wilkinson). Сейчас WMAP летает уже более семи лет, обработка его данных блистательно подтвердила результаты «Реликта-1» и СОВЕ.

     Процитируем еще раз академика Сагдеева: «Мы могли бы стать первопроходцами в этой области науки о космосе, но вот не вышло. Я уверен, что если бы «Реликт-2» состоялся, то сегодня мы бы имели в новой нобелевской команде еще и третьего лауреата, Игоря Струкова».

Да, «Реликт-2» так и не родился. Но «Реликт-1» — был! Первая, пионерская попытка выполнить подобные измерения из космоса состоялась.

Свойства реликтового излучения

Спектр реликтового излучения равен 2,75 Кельвина, что аналогично саже охлажденной до такой температуры. Такое вещество всегда поглощает падающее на него излучение (свет), как бы вы на него не воздействовали. Хоть в магнитную катушку засовывайте, хоть ядерную бомбу кидайте, хоть прожектором светите. Такое тело тоже испускает малое излучение. Но это лишь доказывает тот факт, что нет ничего абсолютного. Всегда можно бесконечно долго выводить идеальный закон, добиваться максимума определенного свойства чего-либо, но всегда останется малая доля инерции.

 Его максимум приходится на частоту 160,4 ГГц (микроволновое излучение), что соответствует длине волны 1,9 мм (см. спектра излучения на рисунке справа). Оно изотропно с точностью до 0,01 % — среднеквадратичное отклонение температуры составляет приблизительно 18 мкК. Это значение не учитывает дипольную анизотропию (разница между наиболее холодной и горячей областью составляет 6,706 мК, вызванную доплеровским смещением частоты излучения из-за нашей собственной скорости относительно системы отсчёта, связанной с реликтовым излучением. Красное смещение для реликтового излучения немного превосходит 1000

Плотность энергии реликтового излучения составляет 0,25 эВ/см3(4·10−14 Дж/м3) или 400-500 фотонов/см3.

Обнаружена слабая анизотропия реликтового излучения, объясняемая движением земного наблюдателя через заполненное излучением пространство. Вследствие эффекта Доплера излучение прямо по направлению движения должно казаться немного более горячим, а в обратном направлении — более холодным.

Анизотропия — это разница температуры реликтового излучения в различных направлениях на небе. Она возникает из - за нескольких причин. Прежде всего это эффект Сакса — Вольфа. Он возникает, когда фотон распространяется в неоднородном гравитационном поле. Если фотон движется по нарастающему гравитационному потенциалу он теряет свою энергию и испытывает красное смещение, если он движется по убывающему потенциалу он приобретает энергию и его частота смещается в голубую сторону. Для одного фотона этот эффект приводит к изменению частоты, для ансамбля фотонов - к изменению их температуры. Второй эффект — эффект Силка. Он возникает для адиабатических флуктуаций плотности. Если энтропия плазмы (т.е. отношение числа барионов к числу фотонов) однородна по пространству, то флуктуации плотности материи приводят к флуктуациям числа фотонов. Другими словами, место, где больше плотность, будет горячей. После просветления такие неоднородности выглядят как муар или рябь на поверхности последнего рассеяния.

Анизотропия реликтового излучения была открыта в 1992 г.

Дипольная анизотропия

Ещё в 1969 году было обнаружено, что в реликтовом излучении заметно выделена дипольная составляющая: в направлении созвездия Льва температура этого излучения на 0,1 % выше, чем в среднем, а в противоположном направлении — на столько же ниже[23]. Этот факт интерпретируется как следствие эффекта Доплера, возникающего при движении Солнца относительно реликтового фона со скоростью примерно 370 км/с в сторону созвездия Льва. Поскольку Солнце обращается вокруг центра Галактики со скоростью ~220-230 км/с в сторону созвездия Лебедя, и также совершает движение относительно центра Местной группы галактик (группы галактик, включающей Млечный Путь), это означает, что Местная группа как целое движется относительно реликтового излучения со скоростью примерно (по современным данным)     с в направлении точки с галактическими координатами    (эта точка располагается в созвездии Гидры).

Отношение к Большому Взрыву

Первичная анизотропия

• Поляризация

           Реликтовое излучение поляризовано на уровне в несколько мкК. Выделяются E-мода (градиентная составляющая) и B-мода (роторная составляющая)по аналогии с поляризацией электромагнитного излучения. E-мода может появляться при прохождении излучения через неоднородную плазму вследствие томпсоновского рассеяния. B-мода, максимальная амплитуда которой достигает всего лишь 0,1 мкК, не может возникать вследствие взаимодействия с плазмой.

            B-мода является признаком инфляции вселенной и определяется плотностью первичных гравитационных волн. Наблюдение B-моды является сложной задачей вследствие неизвестного уровня шума для этой компоненты реликтового излучения, а также за счёт того, что B-мода смешивается слабым гравитационным линзированием с более сильной E-модой.

           На 2015 год наблюдательных подтверждений открытия B-моды нет. 17 марта 2014 года учёные из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики объявили о обнаружении B-моды на уровне r = 0,2. Однако, более поздний анализ (опубликован 19 сентября 2014), проведённый другой группой исследователей с использованием данных обсерватории «Планк», показал, что результат можно полностью отнести на счёт галактической пыли.

Вторичная анизотропия

            Вторичная анизотропия реликтового излучения возникает в процессе распространения фотонов на их пути от поверхности последнего рассеяния до наблюдателя, например, рассеяния на горячем газе или прохождения гравитационного потенциала.

           Когда фотоны реликтового излучения стали распространяться беспрепятственно, обычная материя во Вселенной была в основном в виде нейтральных атомов водорода и гелия. Тем не менее, наблюдения галактик сейчас показывают, что большая часть объёма межгалактической среды состоит из ионизованного материала (так как есть несколько линий поглощения, связанных с атомами водорода). Это означает, что был период реионизации, в ходе которого некоторое количество вещества Вселенной было вновь разбито на ионы и электроны.

         Фотоны микроволнового излучения рассеиваются на свободных зарядах, таких как электроны, которые не связаны в атомах. В ионизированной Вселенной такие заряженные частицы были выбиты из нейтральных атомов ионизирующим ультрафиолетовым излучением. Сегодня эти свободные заряды имеют достаточно низкую плотность в большей части объёма Вселенной, так что они не влияют заметно на реликтовое излучение. Однако если межгалактическая среда была ионизирована на очень ранних этапах расширения, когда Вселенная была намного плотнее, чем сейчас, то это должно было вызвать два основных следствия для реликтового излучения:

• Мелкомасштабные флуктуации будут стёрты подобно тому, как при взгляде на объект сквозь туман детали объекта становятся нечёткими.
• Процесс рассеяния фотонов на свободных электронах (томсоновское рассеяние) будет вызывать анизотропию поляризации реликтового излучения на больших угловых масштабах, которая будет коррелировать с температурной анизотропией.

          Оба этих эффекта наблюдались космическим телескопом WMAP, что свидетельствует о том, что Вселенная была ионизирована на очень ранних этапах (на красном смещении более 17). Происхождение этого раннего ионизирующего излучения всё ещё является предметом научных дискуссий. Это излучение, возможно, включает свет самых первых звёзд, сверхновых, которые явились результатом эволюции этих звёзд, и ионизирующее излучение, возникающее при аккреционных дисках массивных чёрных дыр.

            Два других эффекта, которые возникли в период между реионизацией и нашими наблюдениями реликтового излучения и которые являются причиной флуктуаций: эффект Сюняева — Зельдовича, заключающийся в том, что облако электронов высокой энергии рассеивает реликтовые фотоны и передаёт часть своей энергии им, и эффект Сакса — Вольфа, который вызывает смещение спектра фотонов от космического микроволнового фона в красную или фиолетовую область спектра по причине изменения гравитационного поля. Эти два эффекта связаны с влиянием структур в поздней Вселенной (красное смещение меньше или порядка 1). С одной стороны, они приводят к размыванию спектра реликтового излучения, так как накладываются на первичную анизотропию; с другой стороны — позволяют получить информацию о распространённости структур в поздней Вселенной, а также проследить за их развитием

Заключение

    История реликтового излучения - одна из самых интересных историй.

    Ведь тогда никто не знал, есть ли вообще у реликтового фона анизотропия. Не были известны условия наблюдений. И очень многие серьезно полагали, что столь чувствительный приемник никогда не сможет нормально работать в космосе.

    Однако все заработало. Это, безусловно, можно считать удачей. Но главное в любом эксперименте — результат. Говорят, что война не закончена, пока не похоронен последний павший солдат. Наверное, научный эксперимент тоже не может считаться завершенным, пока не будут развеяны последние сомнения на его счет.

    Таким образом, избыточный шум, обнаруженный много лет назад в эксперименте «Реликт-1», вовсе не ошибка. С вероятностью девяносто восемь процентов он соответствует тому сигналу, который впоследствии был точно измерен спутником WMAP. Данные первого космического измерителя анизотропии окончательно подтвердились.

  Я считаю, что  полностью выполнила цель своего исследования:  как можно точнее раскрыла тему, содержание работы полностью соответствует его теме, первоисточники грамотно и правильно изложены.

Литература

1. Он-лайн-энциклопедия «Большая энциклопедия космоса» по статье "Открытие реликтового излучения". Автор: Владимир Сурдин. Издательство: Эксмо, 2012 г.
2. Шкловский И. С., Вселенная, жизнь, разум. М.: Наука, 1987
3. Сайт о современной космологии. Статья «Микроволновое фоновое излучение (реликтовое излучение)». Автор: Р. Сюняев. Год издания 1986.
4. Интернет ресурсы:

https://ru.wikipedia.org/wiki/Реликтовое_излучение#.D0.98.D1.81.D1.82.D0.BE.D1.80.D0.B8.D1.8F_.D0.B8.D1.81.D1.81.D0.BB.D0.B5.D0.B4.D0.BE.D0.B2.D0.B0.D0.BD.D0.B8.D1.8F

http://megabook.ru/article/Реликтовое%20излучение

Приложение

«Холодное» пятно. Часть радиокарты WMAP (в эклиптических координатах)

Анизотропия реликтового фона. (наблюдения собранные спутником WMAP за пять лет.  Лёгкое волнение в лилово-белых тонах и есть анизотропия реликтового фона)