3K輻射

3K輻射

開爾文度簡稱開氏度,與攝氏度、華氏度是屬於並列的溫度表示法。3K就應該是在-270.15℃左右。

簡介

表示開爾文度,開爾文度的零度在攝氏度的-273.15℃,照此推算3K就應該是在-270.15℃左右。

開爾文度簡稱開氏度,與攝氏度華氏度是屬於並列的溫度表示法。但是人們最常用的就是攝氏度了。3K宇宙背景輻射是60年代天文學上的四大發現之一,它是由美國射電天文學家彭齊亞斯和威爾遜發現的。當時,彭齊亞斯和威爾遜正在研究天電對通訊的干擾,經過1年多的觀測,他們發現天空中的任何方向都存在著一種噪聲(這種噪聲並不是指日常生活中用分貝表示大小的那一種,而是指電子儀器中不規則的干擾信號。由於電路中的不規則信號是由電子熱運動造成的,所以這種信號大小可以用溫度來表示。),並且這種噪聲是各向同性的。與此同時,以迪克教授為領導人的美國普林斯頓大學的一個研究小組也在進行這方面的研究,他們預言,宇宙空間有著3K左右的背景輻射存在。後來他們互訪並且進行了研究合作。普林斯頓小組最終也完成了測量,證實了彭、威的觀測和研究。

迪克等人的預言的提出正是根據“大爆炸宇宙學說”。該學說認為,發生大爆炸時,宇宙的溫度是極高的,之後慢慢降溫,到現在約150億年後大約還殘留著3K左右的熱輻射。宇宙背景輻射是來自宇宙空間背景上的各向同性的微波輻射,也稱為微波背景輻射。二十世紀六十年代初,美國科學家彭齊亞斯和R.W.威爾遜為了改進衛星通訊,建立了高靈敏度的號角式接收天線系統。1964年,他們用它測量銀暈氣體射電強度。為了降低噪音,他們甚至清除了天線上的鳥糞,但依然有消除不掉的背景噪聲。他們認為,這些來自宇宙的波長為7.35厘米的微波噪聲相當於3.5K。1965年,他們又訂正為3K,並將這一發現公諸於世,為此獲1978年諾貝爾物理學獎金。

微波背景輻射的最重要特徵是具有黑體輻射譜,在0.3厘米-75厘米波段,可以在地面上直接測到;在大於100厘米的射電波段,銀河系本身的超高頻輻射掩蓋了來自河外空間的輻射,因而不能直接測到;在小於0.3厘米波段,由於地球大氣輻射的干擾,要依靠氣球、火箭或衛星等空間探測手段才能測到。從0.054厘米直到數十厘米波段內的測量表明,背景輻射是溫度近於2.7K的黑體輻射,習慣稱為3K背景輻射黑體譜現象表明,微波背景輻射是極大的時空範圍內的事件。因為只有通過輻射與物質之間的相互作用,才能形成黑體譜。由於現今宇宙空間的物質密度極低,輻射與物質的相互作用極小,所以,我們今天觀測到的黑體譜必定起源於很久以前。微波背景輻射應具有比遙遠星系和射電源所能提供的更為古老的信息。微波背景輻射的另一特徵是具有極高度的各向同性。這有兩方面的含義:首先是小尺度上的各向同性。在小到幾十弧分的範圍內,輻射強度的起伏小於0.2-0.3%;其次是大尺度上的各向同性。沿天球各個不同方向,輻射強度的漲落小於0.3%。各向同性說明,在各個不同方向上,在各個相距非常遙遠的天區之間,應當存在過相互的聯繫。溫度為3k。

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