这艘飞艇带你轻松看宇宙辐射?

尽管宇宙已有数十亿年的高龄,但今天我们仍然可以通过所谓的“宇宙微波背景辐射”(cosmic microwave background radiation,CMB radiation)现象看到其早期扩张的形态,美国宇航局将这一现象描述为“宇宙大爆炸的余热”。

能量只在微波段中是可见的,所以,只有在大气层以上,或者是大气层空气稀薄的区域,如南极高空,才可以观测到能量。但是,由航天器所带回的观测结果却给人们捕捉到了一些让人眼前一亮的异常现象:在约为2.275度开尔文,或者是绝对零度以上几度,又或者是物理学范围的极限低温这些温度条件下,存在能量极度一致的宇宙微波背景。

在百万分之一量级下对局部的微小温度变化进行成像,并理解其含义,这需要持续的观测和建模。以前科学家也曾用航天器来观测过宇宙微波背景(CMB),甚至还试过用一架改装的波音747客机来进行观测实验,这架波音客机的美名叫SOFIA(StratosphericObservatory for Infrared Astronomy,平流层红外天文观测台)。在皇家天文学会(Royal Astronomical Society)月刊上发布的一篇文章里,作者建议使用Airlander 10飞艇来代替航天器进行实验,该飞艇相比航天器造价要更为低廉,却更为持久,上天一次,可以持续观测数周。

“续航持久是Airlander10飞艇的一大优点,”史蒂芬·费尼(Stephen Feeney),纽约市Flatiron研究所计算天体物理中心的博士后研究员,在一封电子邮件中这样告诉Seeker。

他说:“使用遥控驾驶,Airlander10一次能飞行三个星期。”“因此,我们在Airlander10号飞艇上可以观测的时间,比在SOFIA上大概要多20倍,Airlander 10也能在没有机场的情况下运行,并且对环境的影响要小得多,因为它的升力60%是通过浮力来提供的。“

一幅宇宙微波背景辐射图,包括红色的来自银河系的前景信号。该图片是基于NASA威尔金森微波各向异性探测器探测的结果生成的,该探测器曾在2001年至2010年间运行。

Credit: WMAP Science Team

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Airlander 10是一架混合式动力飞艇,这意味着其部分升力或飞行能力来自密度低于空气的气体,另一部分则来自空气动力。该飞艇原本是为美国陆军设计和建造的,军方在2016年将它卖回制造商用作民用飞艇。这架飞艇在一场事故中幸存了下来,虽然飞艇有所损坏,但机组人员总算平安无事,它现在还在试飞中。这意味着Feeney所提出的想法还是处于初期阶段。Feeney说:“我们目前正在与混合动力飞艇Airlander 10的设计师合作,以确定来自Airlander10发动机的振动是否足够低,这样CMB望远镜才能收集到有用的数据,如果这个关键指标得到满足,我们将会进一步探索这个概念。”

Feeney的研究,有一部分涉及到如何在更高的海拔高度操作CMB探测器,解决这个问题,首先要知道CMB探测器在海平面上的性能如何,然后要以此推断其在更高的高度性能如何。这项研究还试图找到一种方法,以避免将CMB辐射与和我们更为接近的星系辐射相混淆,星系和CMB都可以发射相同波长的辐射。

“因为前景辐射和CMB辐射的幅度随波长变化不同,所以可以通过从许多不同波长点来观测天空,从而将这些前景辐射从CMB中清除掉,”Feeney说。

Airlander 10的主要观测目标之一是寻找当年宇宙还处于膨胀(inflation)阶段时所产生的引力波,在这一阶段,宇宙以指数式的速度进行扩张。 Feeney说,虽然还没观测到信号,但至少希望可以帮助科学家们找到引力波的一点蛛丝马迹。


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