普朗克卫星

普朗克卫星是欧洲航天局于2009年5月14日发射的人造卫星，外文名Planck，别名普朗克巡天者，是欧洲航天局(ESA)在视野2000年的第三个中型的科学计划。以xxx的高灵敏的角度解析力获取宇宙微波背景辐射在整个天空的的各向异性图。普朗克巡天者将提供几个宇宙学和天体物理学的主要讯息，例如测试早期宇宙的理论和宇宙结构的起源。

普朗克巡天者已于2009年5月14日由亚利安五号火箭和赫歇尔太空天文台(Herschel)一起发射升空。这是和美国国家航空航天局合作的计划，将补全威尔金森微波各向异性探测器(WMAP)测量大尺度连漪的不足之处。欧航局专家扬·托贝在发布会上表示，“普朗克”的一大成就是收集了数千个宇宙天体的数据，使得该机构能够建立一份详细的目录，供天文研究者参考。此外，卫星还发现了不少星簇和隐藏在尘埃中的星系。与寻常观测卫星不同，“普朗克”的视野十分广阔，可以对宇宙进行全景“扫描”。欧航局表示，要完成对宇宙的4次全景“扫描”任务至少还需要一年时间，届时，科学家就可以掌握更加完整的数据。“普朗克”实际上是一个宇宙微波辐射探测器。科学界普遍认为，宇宙诞生于距今137亿年前的一次大爆炸。“普朗克”的探测结果将有助于科学家研究宇宙起源的奥秘。在计划获准之前的企画案名称为宇宙背景辐射各向异性卫星和背景各向异性测量（Cosmic Background Radiation Anisotropy Satellite and Satellite for Measurement of Background Anisotropies.，缩写为COBRAS/SAMBA）在任务被核准后，更改为现在的名称以尊崇在1918年获得诺贝尔物理奖的德国科学家马克斯·普朗克（1858-1947）。

之前xxx的宇宙微波背景辐射图片（左）和最新的普朗克图片（右）

2014年3月初，科学家创造了目前为止有关早期宇宙xxx细节的地图。欧洲太空局普朗克卫星拍摄的图片显示了宇宙大爆炸后瞬间的情景，并暗示了宇宙的年龄比之前科学家预想的还要老8000万年。普朗克卫星的描绘图展示了宇宙最古老的光在宇宙只有38万岁的时候印在天空时的情景。这张图片是基于耗资5.15亿英镑的普朗克太空望远镜最初15.5个月搜集的数据。“普朗克绘制的婴儿宇宙图片的超高质量使得我们能够层层撕开宇宙直达根本处，一窥宇宙最初的模样，它表明我们绘制宇宙蓝图远远不够完整。”欧洲航天局局长让-雅克？多丹(Jean-Jacques Dordain)这样说道。普朗克的数据同时也提供了目前宇宙膨胀速率的最新值，暗示着宇宙的年龄其实是138.2亿年――比之前预想的要老8000万年。这项发现支持了一个名为膨胀的关键理论，该理论称宇宙在瞬间从亚原子大小爆发膨胀到如今观测到的巨大体积。宣布普朗克卫星描绘地图的天体物理学家乔治（George Esfthathiou）表示这项发现也提供了有关宇宙组成成分的新特性。“对于一名宇宙学家来说，这张地图就像一个信息金矿。”乔治说道。他表示宇宙是由略微更多的正常物质以及较少的神秘暗物质和暗能量组成。“自从2010年发布首张普朗克全天图像后，我们更加小心的提取和分析我们现在和宇宙发出的xxx束光之间的前景辐射，它以超高细节揭示了宇宙微波背景辐射。”英国剑桥大学的乔治这样说道。这张图片是基于普朗克15.5个月收集的数据，它是该任务xxx张有关宇宙最古老的光的全天图片，当时宇宙只有38万年历史。在那个时候，年轻的宇宙充满了由相互发生作用的质子、电子和光子组成的炙热密集汤，温度高达2700摄氏度。当质子和电子结合形成氢原子时，光子就获得自由形成了光。随着宇宙的不断膨胀，光被拉伸成微波波长，温度相当于绝对零度以上2.7摄氏度。“宇宙微波背景辐射”，也即CMB，展示了在宇宙早期密度略微不同导致的温度的细微起伏，体现了所有未来结构的种子：也即今日的恒星和星系。根据宇宙学标准模型，这些起伏在宇宙大爆炸发生后瞬间产生，并且在加速膨胀的简短时期，也被称为膨胀期，被拉伸成宇宙学意义上的大规模。普朗克卫星的目标是以前所未有的高分辨率和敏感度绘制整个天空的起伏。通过分析普朗克CMB图片里种子的本质和分布，科学家能够确定宇宙从出生到如今的成分和进化。总体来说，从普朗克的最新地图里抽取的信息以无与伦比的精确性提供了对宇宙学标准模型的最佳证明。由于普朗克地图的精确性如此之高，它甚至展示了某些特殊的无法解释的新特征，可能需要新的物理学来对之进行解释。其中一个令人惊讶的发现便是天空相反半球的平均温度所呈现的不对称性。这与标准模型所做的预测背道而驰，后者称无论从任何方向观测宇宙大体上都是相似的。结果显示冷点远比预想的要更大，它的存在挑战了宇宙对称性理论。

此外，一个延伸了一部分天空的冷点也比预想的要更大。普朗克卫星的先驱，美国宇航局威尔金森微波各向异性探测器（WMAP）任务，已经发现了这种不对称性和冷点，但因对它们宇宙起源的不确定性而很大程度上忽略了它们的存在。“普朗克监测到了这些异常现象已经消除了对后者存在的怀疑；它们不再被认为是测量导致的失误。它们真实存在，我们必须寻找可信的解释。”意大利菲拉拉大学的保罗？纳托利（Paolo Natoli）这样说道。“想象一下我们正在调查一栋房子的根基，但发现其中某些部分非常脆弱。你可能不知道这些部分是否最终导致这栋房屋的倒塌，但你肯定会立即采取措施加固这些薄弱环节，”法国巴黎天体物理学研究所的弗朗索瓦?布谢(FranoisBouchet)这样补充说道。这些异常情况的解释之一便是：如果从大规模范围观测宇宙，每个方向所看到的宇宙并非都是一样的，欧洲太空局这样说道。这种情况下，宇宙微波背景辐射发出的光线可能会经过一个远比之前理解的更加复杂的路线，从而导致观测到的某些罕见的特征。“我们的终极目标是建构一个新模型以预测各种异常情况，并将它们联系在一起。这只是初期阶段；到目前为止我们并不知道这是否可行，以及需要什么类型的新物理学――但这仍让人兴奋不已。”乔治教授说道。宇宙自大爆炸起到今日的进化历史

除了这些异常情况，普朗克的数据非常符合一个相对简单的宇宙模型的预测，这使得科学家能够提取其中最精华的部分。组成星系和恒星的正常物质只占了整个宇宙质量/能量密度的4.9%。暗物质，一种目前只通过它的引力影响而间接探测到的神秘物质，组成了整个宇宙的26.8%，比之前预估计的要更多。相反，暗能量，一种被认为是导致宇宙加速的神秘力量，所占据的比率比之前预想的要少。“普朗克提供了目前为止最精确最细节的微波太空地图，它正在描绘宇宙的一副新图像，不断推动我们对当前宇宙理论的理解的极限。我们看到了对宇宙学标准理论近乎完美的匹配，但是其中某些令人困惑的特征也促使我们重新思考某些基本的猜想。这只是新旅程的开始，我们期望对普朗克数据的持续分析将提供对这一谜题的新见解。”

宇宙质能组成为：4.9% 一般的重子物质，可见物质。26.8% 为种类未知的暗物质，不辐射也不吸收光线。68.3% 为神秘的暗能量，造成宇宙膨胀的加速。哈勃常数为67.3km/s/Mpc宇宙原初密度涨落的非高斯性很弱。

从2009年到2013年，欧洲航天局的普朗克卫星一直在测量所谓的宇宙微波背景辐射。宇宙微波背景辐射起源于130亿年前，大约是宇宙大爆炸之后约38万年。由于宇宙的膨胀，这种弥漫于整个天空的微波波段的光线依然能被我们观测到。2009年到2013年，普朗克巡视天空，获得了前所未有的这种古老光线的细节。现在，普朗克的数据已经被一些研究文章采用并且已经发表了。海德堡大学理论物理研究所的宇宙学研究小组也参与了这些研究。

“精确测量宇宙微波背景辐射可以揭示温度的微小差异，在宇宙微波背景地图上，这些温度波动看起来像小斑点。每个斑点代表温度高或者低温的区域，”理论物理研究所青年研究小组负责人瓦莱里娅·皮特力诺博士解释道。在此前的研究结果当中指出只有宇宙学模型中六个描述宇宙大爆炸发展的参数相对比较准确。宇宙微波背景的温度差异可以使研究人员能够确定这些参数非常精确。其中有个称之为暗能量的，占宇宙总能量的70%，导致宇宙加速膨胀。研究暗能量尚处于起也步阶段。虽然宇宙微波背景中的数据显示暗能量是存在的，但是它的成分还不清楚。采用最新的卫星数据，普朗克的研究人员在考虑暗能量中结合了各种理论，也为了完善引力理论。因此也会质疑爱因斯坦理论中的引力理论假设。他们采用了不同的方法与其他测量的数据，包括重子声学振动，这是早期的宇宙密度波，现今的哈勃常数等等。从普朗克的数据中，科学家可以确定过去到底存在多少暗能量。“奇怪的是，早期的暗能量显著低于我们预期的含量。到目前为止，当宇宙微波背景辐射被释放时，假定暗能量占全部能量的含量至多达到1%。但是最新普朗克的数据表明，它可能不超过0.4%，”皮特力诺博士说。“预期早期宇宙中有相当高的暗能量，而这成了早期宇宙暗能量理论模型的一个大问题，”理论物理研究所的利玛窦·马蒂内利博士补充到。此外，通过分析普朗克的数据发现自身引力作用产生不与宇宙学标准模型完全一致的干扰。尽管这些偏差的微小与变动取决于数据的收集，但是他们还希望进一步的测试与调查其他收集的数据。“进一步的研究可能使我们发现是否要将目前正在处理的爱因斯坦引力理论的偏差问题重新回到蓝图上，”瓦莱里娅·皮特力诺博士说。对于物理学家来说，数据的分析对研究暗能量和引力宇宙学显得至关重要。他们可以为将来的卫星任务提供不可估量的推动力，比如2020年由欧洲空间局与美国宇航局联手合作的欧几里得任务，海德堡大学天文研究所也将再次参加那样的任务。