Спектр випромінюванняВсесвіту
Введення
ВипромінюванняВсесвіту, назване реліктовим, вперше було відкрито американськими фізиками Пензиасомі Вільсоном в 1965 р. за що їм була присуджена Нобелівська премія в 1978 р.Аналіз спектру цього випромінювання показав, що його залежність від довжини хвилі схожана експериментальну залежність випромінювання охолоджують чорного тіла, якаописується формулою Планка. Тому приналежність реліктового випромінюванняпроцесу охолодження Всесвіту після так званого Великого вибуху булавизнана доведеним фактом.
Однак в 2004 р.цей факт був спростований. Новий аналіз спектру реліктового випромінювання показав,що його джерелом є процес синтезу і охолодження атомів водню,який йде в зірках Всесвіту безперервно і не має ніякого відношення до Великоговибуху.
У 2006 р.Нобелівський комітет видав другу премію за додаткову експериментальнуінформацію про реліктовому випромінюванні, залишивши в силі помилкову інтерпретаціюприроди цього випромінювання. Це спонукало нас опублікувати докладний аналіз реліктовоговипромінювання, переконливо доводить реальний, а не вигаданий джерело цього випромінювання.Зараз ми дізнаємося справжню природу інших максимумів випромінювання Всесвіту (рис. 1,точки В і С), які, як вважається, формуються інфрачервоними джерелами.
1. Реліктовевипромінювання
Вважається,що реліктове випромінювання (рис. 1, максимум у точці А) народилося більше 10мільярдів років тому в результаті В«Великого вибухуВ». Інтенсивність реліктовоговипромінювання вище середнього фону не виявлено. Зменшення щільності реліктовоговипромінювання від фонової величини фіксується і називається анізотропією реліктовоговипромінювання. Вона виявлена ​​на рівні 0,001% і пояснюється існуванням епохирекомбінації водню, через 300 тисяч років після В«Великого вибухуВ». Ця епоха,як вважають астрофізики, В«заморозилаВ» неоднорідність у спектрі випромінювання,яка збереглася до наших днів.
Рис. 1. Залежністьщільності реліктового випромінювання Всесвіту від довжини хвилі:
теоретична- Тонка лінія; експериментальна - жирна лінія
Теоретичназалежність густини випромінювання Всесвіту (рис. 1 - тонка лінія) подібна залежностіщільності випромінювання абсолютно чорного тіла описуваного формулою Планка.
З урахуваннямфізичного сенсу складових формули Планка, фізичний зміст всієї формули -статистичний розподіл кількості фотонів різних енергій в порожнинічорного тіла з температурою .
Максимумвипромінювання Всесвіту зафіксований при температурі (рис . 1,точка А). Відповідно до закону Вина, довжина хвилі фотонів, що формують цютемпературу, дорівнює
Збігтеоретичної величини довжини хвилі (рис. 1, точка 3) з її експериментальнимзначенням , доводить коректність використанняформули Вина для аналізу спектра випромінювання Всесвіту.
Фотони здовжиною хвилі , володіютьенергією
.
Енергія відповідає енергіїзв'язку електрона з протоном в момент перебування його на енергетичному рівні Вонадорівнює енергії фотона, излученного електроном в момент встановлення контакту зпротоном і початку формування атома водню.
Процесзближення електрона з протоном протікає при їх спільному переході з середовища звисокою температурою в середу з меншою температурою або, простіше кажучи, привидаленні від зірки. Зближення електрона з протоном йде ступінчасто. Кількістьпропускаються ступенів в цьому переході залежить від градієнта температури середовища, вякою рухається народився атом водню. Чим більше градієнт температури, тимбільше ступенів може пропустити електрон, зближуючись з протоном.
Длязменшення похибок вимірювань фонового випромінювання робочий елемент приладу(Болометр) охолоджують. Межа цього охолодження визначає межу максимальноможливої вЂ‹вЂ‹довжини хвилі випромінювання, при якій можна виміряти його інтенсивність.Експериментатори відзначають, що їм вдалося вивести в космос прилади, болометряких був охолоджений до температури . Довжинахвилі фотонів, що формують цю температуру, дорівнює
.
На рис. 1довжина хвилі відповідає точці N. Це - межа можливостейекспериментаторів вимірювати залежність інтенсивності випромінювання з більшою довжиноюхвилі. В інтервалі від точки N до точки уавторів немає експериментальних даних (але вони показали їх), так як для їхотримання необхідно охолоджувати болометри до температури, меншої 0,10 К.Наприклад, щоб зафіксувати залежність густини випромінювання при довжині хвилі (рис. 1), необхідноохолодити болометр до температури
.
Для фіксаціївипромінювання при довжині хвилі (рис. 1)буде потрібно охолодження болометра до температури
.
У табл. 1представлені довжини хвиль і енергії фотонів, що формують різну температуру середовища.
Таблиця 1.Довжини хвиль і енергії фотонів, що формують певну температуру
Температура, /град . До
Довжина хвилі фотонів
Енергія фотона, eV
2000/2273, 16
0,973
1000/1273, 16
0,545
100/373, 16
0,160
10/283, 16
