【“普朗克”告诉你宇宙的起源和演化】普朗克
普朗克的使命――挖掘“创造遗迹”
在“普朗克”卫星之前，人类发射了航天器来调查宇宙的微波背景。宇宙背景探测器发射于1989 165438+10月18，确定了宇宙微波背景的各向异性。这颗卫星拍摄的全天空宇宙微波背景辐射图，是宇宙仅38万年时的“婴儿照”，忠实再现了当时太空中最古老的辐射现象，直接将人类与早期宇宙联系起来。但遗憾的是，“宇宙背景探测器”缺乏足够的分辨率来回答一些重要问题，无法为宇宙学家提供一些丢失的细节。2001年6月30日发射的威尔金森微波各向异性探测器，对宇宙微波背景进行了更详细的测量，但其分辨率仍然不够高，无法回答人们心中的所有问题，因此科学家需要对宇宙微波背景辐射做进一步的精细测量和精确研究。
根据现代宇宙学中最有影响力的“大爆炸”理论，我们的宇宙是由大约654.38+03.7亿年前的一次非常小的点爆炸产生的，目前宇宙仍在膨胀。这一理论已经被大量的天文观测所证实，但并没有解决宇宙的形状、结构和未来等问题。2004年5月，美国《物理评论》杂志发表了蒙大拿州立大学天体物理学家尼尔。康尼什教授的新研究工作是利用宇宙微波背景辐射的数据，寻找宇宙就像一个球面镜室的证据。他认为，宇宙中同一物体的多个国家形象，可以从时间和空间上呈现在不同的地方。镜室效应可能意味着宇宙是有限的，但却产生了宇宙是无限的感觉。康尼什说:“没有迹象表明宇宙是有限的，但这并不能证明它是无限的。”
看来，要解开宇宙起源和演化的谜团，有必要深入研究和分析隐藏在其早期微波辐射中的线索。科学家们渴望获得更清晰的天体背景辐射图像，以证实“宇宙暴涨”理论中背景辐射中光子极化的预言，更好地分析和判断早期宇宙的性质，如质子和电子的密度，物质和辐射之间的能量分布，消除宇宙演化理论上的分歧。这一切都在等待新一代宇宙微波背景辐射探测卫星“普朗克”的发射。
“普朗克”的独特性
普朗克卫星计划源于欧洲航天局在1994年提出的两个研究项目，最初分别被称为“宇宙背景辐射各向异性卫星”和“背景各向异性测量卫星”。因为目标相近，1996年合并成一个探索任务，并以德国著名科学家普朗克的名字命名。
“普朗克”卫星的主体结构为圆柱形，高4.2米，最大直径4.2米。发射质量约1.9吨，包括服务舱和有效载荷舱。服务舱配有电源、姿态控制、数据处理和通信系统，以及低温要求的科学仪器；有效载荷舱包括望远镜、光学控制台、一些需要冷却的仪器和冷却系统。
探测宇宙的温度
“普朗克”卫星将搜索整个空间，研究宇宙物质，并以前所未有的精度测量宇宙微波背景辐射温度的微妙变化，因为温差揭示了早期宇宙不同区域的密度差异，高密度区域最终将形成我们今天看到的星系或星系群等宇宙大尺度结构，帮助天文学家发展和验证现有的宇宙学理论。为了完成这一任务，普朗克卫星携带了一台直径为1.5m的望远镜，该望远镜通过使用放置在舱内的名为“低频仪器”和“高频仪器”的高灵敏度传感器，可以收集宇宙微波背景辐射，其瞬时灵敏度比“宇宙背景探测器”高10倍以上。
携带最冷的探测器
为了精确测量微波背景辐射的温度，普朗克卫星上的探测器必须冷却到接近绝对零度。法国天体物理研究所研制的低频仪器工作在-253℃。意大利地外辐射技术研究所研制的高频仪器运行在-272.9℃。为了将仪器保持在如此低的温度下，技术人员采用了复杂的冷却系统。卫星表面安装了黑色的屏蔽板，实际上是一个有效的散热器，可以将探测器冷却到60k；然后氢气吸附冷却器可以将探测器冷却到20k；然后用机械冷却器将探测器冷却到4k；最后通过混合正常氦和稀有氦同位素将探测器冷却到100mK左右。
拥有最敏锐的“眼光”
“普朗克”卫星的角分辨率更高，比“宇宙背景探测器”高50多倍。该卫星可以绘制角分辨率超过10弧分的宇宙微波背景图，确定宇宙的空间曲率，分辨某一天区百万分之一度的温差。而且绘制的宇宙微波背景图可以自动去除来自星系外星系的宇宙背景信号中的光谱辐射。
距离地球超过一百万公里。
“普朗克”卫星将在发射后不久与阿丽亚娜-5火箭分离。发射4-5个月后，卫星将进行机动，直接到达日地系统的L2，进入环绕L2的李萨如轨道。卫星轨道周期约6个月，设计寿命2年。
L2实际上是空间中的一个虚点，距离地球大约115×106km。当卫星处于L2环境时，可以与地球保持稳定的无线电通信，保证不间断的观测时间，因此L2成为国际天文观测计划选定的最佳地点。
位于达姆施塔特的欧洲空间操作中心将通过澳大利亚附近的Novos地面站与卫星通信。环绕L2的卫星每天有三个小时的时间与地面取得联系，届时前一天记录的科学数据将被发送回地面，下一个自主控制期的指令将被传输到卫星上。
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麦克斯。普朗克(1858 ~ 1947)是德国近代伟大的物理学家，量子理论的创始人。普朗克在物理学上最重要的成就是提出了著名的普朗克辐射公式，创立了能量量子的概念。19年底，当人们用经典物理解释黑体辐射实验时，出现了著名的所谓“紫外线灾难”。虽然莱利？詹金斯(1877 ~ 1946)和韦恩(1864 ~ 1928)分别提出了两个公式，试图找出黑体辐射的规律，但与实验相比，瑞利？詹金斯公式只适用于低频范围，维恩公式只适用于高频范围。普朗克从1896开始系统研究热辐射。经过几年的努力，他终于推导出了一个与实验相符的公式。他于1900年10月下旬在《德国物理学会通报》上发表了题为《论维恩光谱方程的完善》的三页论文，首次提出了黑体辐射公式。65438+65438年2月4日，在德国物理学会的例会上，普朗克做了一个关于正态谱中能量分布的报告。在这份报告中，他激动地阐述了他最惊人的发现。他说，为了在理论上得到正确的辐射公式，必须假设物质辐射(或吸收)的能量不是连续的，而是一个接一个的，只能是某个最小值的整数倍。这个最小值叫做能量量子，辐射频率就是V ε=hν的能量的最小值。其中H，普朗克当时称之为基本作用量子，现在称之为普朗克常数。普朗克常数是现代物理学中最重要的物理常数，标志着物理学从“经典的幼虫”变成了“现代的蝴蝶”。1906年，普朗克在《热辐射讲座》一书中系统总结了自己的工作，为开辟探索微观物质运动规律的新途径提供了重要基础。
1918普朗克获得诺贝尔物理学奖。