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3K辐射

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表示开尔文度,开尔文度的零度在摄氏度的-273.15℃,照此推算3K就应该是在-270.15℃左右。

开尔文度简称开氏度,与摄氏度华氏度是属于并列的温度表示法。但是人们最常用的就是摄氏度了。3K宇宙背景辐射是60年代天文学上的四大发现之一,它是由美国射电天文学家彭齐亚斯和威尔逊发现的。当时,彭齐亚斯和威尔逊正在研究天电对通讯的干扰,经过1年多的观测,他们发现天空中的任何方向都存在着一种噪声(这种噪声并不是指日常生活中用分贝表示大小的那一种,而是指电子仪器中不规则的干扰信号。由于电路中的不规则信号是由电子热运动造成的,所以这种信号大小可以用温度来表示。),并且这种噪声是各向同性的。与此同时,以迪克教授为领导人的美国普林斯顿大学的一个研究小组也在进行这方面的研究,他们预言,宇宙空间有着3K左右的背景辐射存在。后来他们互访并且进行了研究合作。普林斯顿小组最终也完成了测量,证实了彭、威的观测和研究。

迪克等人的预言的提出正是根据“大爆炸宇宙学说”。该学说认为,发生大爆炸时,宇宙的温度是极高的,之后慢慢降温,到现在约150亿年后大约还残留着3K左右的热辐射。宇宙背景辐射是来自宇宙空间背景上的各向同性的微波辐射,也称为微波背景辐射。二十世纪六十年代初,美国科学家彭齐亚斯和R.W.威尔逊为了改进卫星通讯,建立了高灵敏度的号角式接收天线系统。1964年,他们用它测量银晕气体射电强度。为了降低噪音,他们甚至清除了天线上的鸟粪,但依然有消除不掉的背景噪声。他们认为,这些来自宇宙的波长为7.35厘米的微波噪声相当于3.5K。1965年,他们又订正为3K,并将这一发现公诸于世,为此获1978年诺贝尔物理学奖金。

微波背景辐射的最重要特征是具有黑体辐射谱,在0.3厘米-75厘米波段,可以在地面上直接测到;在大于100厘米的射电波段,银河系本身的超高频辐射掩盖了来自河外空间的辐射,因而不能直接测到;在小于0.3厘米波段,由于地球大气辐射的干扰,要依靠气球、火箭或卫星等空间探测手段才能测到。从0.054厘米直到数十厘米波段内的测量表明,背景辐射是温度近于2.7K的黑体辐射,习惯称为3K背景辐射。黑体谱现象表明,微波背景辐射是极大的时空范围内的事件。因为只有通过辐射与物质之间的相互作用,才能形成黑体谱。由于现今宇宙空间的物质密度极低,辐射与物质的相互作用极小,所以,我们今天观测到的黑体谱必定起源于很久以前。微波背景辐射应具有比遥远星系和射电源所能提供的更为古老的信息。微波背景辐射的另一特征是具有极高度的各向同性。这有两方面的含义:首先是小尺度上的各向同性。在小到几十弧分的范围内,辐射强度的起伏小于0.2-0.3%;其次是大尺度上的各向同性。沿天球各个不同方向,辐射强度的涨落小于0.3%。各向同性说明,在各个不同方向上,在各个相距非常遥远的天区之间,应当存在过相互的联系。温度为3k。

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