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宇宙学与天体物理学

宇宙微波背景辐射(CMB)

阅读宇宙微波背景辐射的全天温度图。通过观察冷热斑点,辨认近似各向同性的 T0≈2,725T_0 \approx 2{,}725 K 背景与极小的各向异性 ΔT/T∼10−5\Delta T/T \sim 10^{-5}。

研究

⚠ 此为模拟模型,无设备风险。注意真实卫星图需扣除银河系前景辐射后才能得到。

器材

  • 摩尔魏德式投影的模拟全天图
  • 各向异性幅度滑块(放大温度对比)
  • 视角滑块与暂停按钮

实验步骤

  1. 将各向异性幅度调至最小

    把幅度滑块调低:全天图几乎均匀——这接近真实的各向异性 ΔT/T∼10−5\Delta T/T \sim 10^{-5},在线性温度标尺下不放大几乎看不见。

  2. 放大以数冷热斑点

    逐渐增大幅度并旋转视角。观察特征斑点大小及其围绕平均温度的随机分布;冷热斑点数量大致均衡,反映原初等离子体近乎对称的振荡。

  3. 联系黑体谱

    记住这张图建立在 T0≈2,725T_0 \approx 2{,}725 K 近乎完美黑体谱之上——证明宇宙曾是热平衡的高温稠密等离子体。预测:宇宙膨胀时背景温度如何随时间变化?

模拟

实验历史

1948年,Ralph Alpher 与 Robert Herman 基于 George Gamow 的大爆炸理论预言宇宙应残留几开尔文的背景辐射。该预言几乎被遗忘,直到1964年普林斯顿的 Robert Dicke 与 Jim Peebles 独立重新推导并准备测量。 与此同时,贝尔实验室的 Arno Penzias 与 Robert Wilson 在校准霍姆德尔喇叭天线时发现无法解释的约3.5 K天线噪声——这正是背景辐射,二人获1978年诺贝尔奖。1992年COBE卫星(John Mather、George Smoot,2006年诺贝尔奖)测得已知最完美的黑体谱并首次绘出约10⁻⁵的各向异性图。

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