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 K 背景与极小的各向异性 。
⚠ 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
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 ,在线性温度标尺下不放大几乎看不见。
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。
联系黑体谱
记住这张图建立在 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。