En kosmisk kortlægger

Microwave Anisotropy Probe vil give kosmologerne et meget skarpere billede af det tidlige univers

Charles L. Bennett, Gary F. Hinshaw og Lyman Page

I sommer planlægger National Aeronautics and Space Administration at opsende en Delta 2 raket, som bærer et fire meter højt rumfartøj, der vejer 830 kg. I løbet af de næste tre måneder vil Microwave Anisotropy Probe (MAP) manøvrere sig ind i sin målbane omkring Solen, 1,5 millioner kilometer hinsides Jordens bane. Så vil fartøjet begynde sin to-årige mission med observation af den kosmiske baggrundsstråling (CMB) i fortræffelige detaljer over hele himlen. Fordi denne stråling blev udsendt for næsten 15 milliarder år siden og ikke har vekselvirket af nogen betydning med noget siden da, er det, at opnå et klart billede af CMB, det samme som at tegne et kort over det tidlige univers. Ved at studere dette kort kan forskerne komme til at kende kosmos' sammensætning, geometri og historie.
    Som navnet antyder, er MAP konstrueret til at måle anisotropien af CMB - de meget små variationer i temperaturen af den stråling, der kommer fra forskellige dele af himlen. MAP vil kunne optegne forskelle på kun 20 milliontedele af en kelvin fra strålingens middeltemperatur på 2,73 kelvin. Yderligere kan fartøjet detektere varme og kolde pletter, som breder sig mindre end 0,23 grader over himlen, hvilket giver en total på omkring en million målinger. Således vil MAPs observationer af CMB være langt mere detaljerede end det forrige kort over hele himlen, som blev fremstillet tidligt i 1990'erne af Cosmic Background Explorer (COBE), som var begrænset til en vinkelopløsning på 7 grader.
    En grund til forbedringen er, at MAP vil anvende to mikrobølgeteleskoper, anbragt med ryggen til hinanden, til at fokusere den indkommende stråling. Signalerne fra teleskoperne vil blive ført ind i 10 "differens anordninger," som vil analysere fem frekvensbånd i CMB spektret. Men i stedet for at måle strålingens absolutte temperatur, vil hver anordning registrere temperaturforskellen mellem signalerne fra de to teleskoper. Fordi fartøjet vil rotere, med en omdrejning hvert andet minut og præcession en gang i timen, vil differensanordningerne kunne sammenligne temperaturen på hvert punkt af himlen med 1.000 andre punkter og fremstille et forbundet sæt data. Fremgangsmåden svarer til at måle den relative højde af ujævnheder på en højslette i stedet for at måle hver ujævnheds højde over havet.
    Denne metode vil udligne fejl, der stammer fra små ændringer i selve rumfartøjets temperatur. Den overordnede kalibrering af data vil blive udført gennem en kontinuerlig måling af CMB dipol moment, ændringen i strålingens temperatur forårsaget af Jordens bevægelse gennem kosmos. Det styrende princip i MAPs konstruktion er at eliminere alle falske signaler, som kunne forurene dens målinger af CMB. Hvis alt går som planlagt, vil fartøjet frembringe et kort over hele himlen med hidtil uset opløsning.

DET VIDENSKABELIGE FORSKERHOLD inkluderer Charles L. Bennett (NASA Goddard Space Flight Center), Mark Halpern (University of British Columbia), Gary F. Hinshaw (NASA GSFC), Norman C. Jarosik (Princeton University), Alan J. Kogut (NASA GSFC), Michele Limon (Princeton), Stephan S. Meyer (University of Chicago), Lyman Page (Princeton), David N. Spergel (Princeton), Gregory S. Tucker (Brown University), David T. Wilkinson (Princeton), Edward J. Wollack (NASA GSFC), og Edward L. Wright (University of California, Los Angeles).

Big Bang: Et moderne eventyr om universets fødsel og udvikling, George Smoot og Keay Davidson, oversat af Jan Teuber, Haase 1994, ISBN 87-559-0945-0.

DAMTP om den kosmiske mikrobølgebaggrundsstråling

Fra A Cosmic Cartographer, Scientific American, januar 2001, ss. 34-35.

11. juli, 2001.

Index