没有多少人在每天午餐时用核武器炸食物时会想到宇宙微波。微波炉用来炸玉米煎饼的同一种辐射帮助天文学家探索宇宙。这是真的:来自外层空间的微波辐射有助于让我们回顾宇宙诞生的初期。
一组迷人的物体在太空中发射微波。最近的非地球微波源是我们的太阳。它发出的特定波长的微波被大气吸收。我们大气中的水蒸气会干扰对来自太空的微波辐射的探测,吸收它并阻止它到达地球表面。这让研究宇宙微波辐射的天文学家们学会了将他们的探测器放在地球或太空的高空。
另一方面,可以穿透云层和烟雾的微波信号可以帮助研究人员研究地球状况,并增**星通信。事实证明,微波科学在许多方面都是有益的。
微波信号的波长很长。探测它们需要非常大的望远镜,因为探测器的尺寸需要比辐射波长本身大很多倍。最著名的微波天文观测站都在太空中,它们揭示了从宇宙诞生到现在的所有物体和事件的细节。
我们银河系的中心是一个微波源,尽管它不像其他更活跃的星系那样广泛。我们的黑洞(称为人马座A*)是一个相当安静的黑洞。它似乎没有大质量的喷流,只是偶尔以恒星和其他过得太近的物质为食。
脉冲星(旋转中子星)是非常强的微波辐射源。这些强大而紧凑的物体在密度上仅次于黑洞。中子星具有强大的磁场和快速的旋转速度。它们能产生广谱辐射,其中微波辐射特别强。大多数脉冲星通常被称为“射电脉冲星”,因为它们具有强烈的射电发射,但它们也可以是“微波明亮的”
许多迷人的微波源都位于太阳系和银河系之外。例如,活动星系(AGN)由其核心的超大质量黑洞提供动力,发出强烈的微波爆炸。此外,这些黑洞引擎可以产生大量的等离子喷流,这些等离子喷流在微波波段也会发出明亮的光芒。其中一些等离子体结构可能比包含黑洞的整个星系还要大。
1964年,普林斯顿大学的科学家大卫·托德·威尔金森、罗伯特·H·迪克和彼得·罗尔决定建造一个探测器来探测宇宙微波。他们不是唯一的人。贝尔实验室的两位科学家阿诺·彭齐亚斯(Arno Penzias)和罗伯特·威尔逊(Robert Wilson)也在制造一个“喇叭”来搜索微波。这种辐射在20世纪初就被预测到了,但是没有人做过任何探索。科学家们1964年的测量结果显示,微波辐射在整个天空中呈现微弱的“冲刷”。现在证明,微弱的微波辉光是来自早期宇宙的宇宙信号。彭齐亚斯和威尔逊继续获得诺贝尔奖,因为他们进行的测量和分析证实了宇宙微波背景(CMB)。
最终,天文学家获得了建造天基微波探测器的资金,该探测器可以提供更好的数据。例如,宇宙微波背景探测卫星(COBE)从1989年开始对该CMB进行了详细研究。此后,威尔金森微波各向异性探测器(WMAP)进行的其他观测也检测到了这种辐射。
CMB是宇宙大爆炸的余辉,它使我们的宇宙运转起来。天气异常炎热,充满活力。随着新生宇宙的膨胀,热量密度下降。基本上,它冷却了,那里的一点点热量被扩散到越来越大的区域。今天,宇宙有930亿光年宽,CMB代表的温度约为2.7开尔文。天文学家认为扩散温度是微波辐射,利用CMB的“温度”的微小波动来了解宇宙的起源和演化。
微波发射频率在0.3千兆赫(GHz)到300千兆赫之间。(1千兆赫等于10亿赫兹。“赫兹”用于描述某事物每秒发射多少个周期,其中1赫兹为每秒一个周期。)该频率范围对应于毫米(千分之一米)和米之间的波长。作为参考,电视和无线电发射的频谱较低,在50至1000 Mhz(兆赫)之间。
微波辐射通常被描述为一个独立的辐射带,但也被认为是射电天文学科学的一部分。天文学家通常将远红外、微波和超高频(UHF)无线电波段的波长辐射称为“微波”辐射的一部分,尽管它们在技术上是三个独立的能带。
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