Planck — ESA kosmoseobservatoorium kosmilise mikrolaine tausta (2009–2013)
Planck (ESA, 2009–2013) kaardistas kosmilise mikrolaine tausta, andes kõige täpsemad mõõtmised universumi vanuse, tava- ja tumeaine tiheduse ning varase Universumi kohta.
Planck oli kosmoseobservatoorium, mida Euroopa Kosmuseagentuur (ESA) haldas aastatel 2009–2013. See oli kavandatud teadusuuringute läbiviimiseks Lagrange'i punkti L2 ümbruses, kus ta sai teha pikki ja stabiilseid vaatlusi ilma Maa häiriva kiirguseta.
Missioon kaardistas kosmilise mikrolaine tausta (CMB) anisotroopiad mikrolaine- ja infrapunasagedustel, kasutades suurt tundlikkust ja väikest nurgaeraldusvõimet. Planck valmis eraldama nõrku CMB-signaale galaktilisest ja raskestee kõrvalmüra (foreground) ning andma temperatuuri- ja polariseerituskaarte suure täpsusega.
Tehnika ja instrumendid
Missioon kasutas kahte peamist teadusinstrumenti, mis katavad laia sagedusriba:
- Low Frequency Instrument (LFI) — töötas ligikaudu 30–70 GHz piirkonnas ja kasutas jahutatud madalatemperatuurilisi võimendajaid.
- High Frequency Instrument (HFI) — töötas ligikaudu 100–857 GHz piirkonnas ja kasutas väga tundlikke bolomeetreid äärmiselt madalatel temperatuuridel, et mõõta nõrku infrapuna- ja mikrolaine-signaale.
Nurgaeraldusvõime varieerus sageduste järgi: kõrgeim resolutsioon oli mõne kaareminuti (paar kaareminutit) ja madalaim mõnekümne kaareminuti tasemel, mis võimaldas selgelt eristada akustilisi tipu (acoustic peaks) struktuure CMB võimsusspektris. Temperatuuri mõõtmiste tundlikkus oli mikrokelvini (μK) tasemel.
Missiooni ajalugu ja operatsioonid
- Planck lasti kokku teiste missioonidega ja paigutati L2 punktile 2009. aastal, kust ta tegi pidevaid kogu taevakatvust hõlmavaid skaneeringuid.
- HFI töötas kuni selle jahutussüsteemi kütuse ammendumiseni (umbes 2012. aasta alguses), LFI jätkas vaatlusteni 2013. aastal.
- Pärast teadusvaatluste lõpetamist viidi kosmosesond kontrollitult madalenergiasse ja missioon deaktiveeriti 2013. aastal; Planck on nüüd välja lülitatud.
Peamised teaduslikud tulemused
Planck andis olulise teabeallika kosmoloogia ja astrofüüsika kohta. Mõned võtmetulemused ja saavutused:
- Võimsusspekter ja anisotroopiate detailne mõõtmine: Planck kaardistas CMB temperatuuri- ja polariseeritusanisiotroopiaid kõrge täpsusega, paljastades akustilised tipud ja nende kuju.
- KOSMOLOGILISED PARAMEETRID: missioon määras täpselt mitmeid fundamentaalseid parameetreid, sealhulgas aine tiheduse komponendid (tavaline aine, tumeaine), universumi vanuse (umbes 13,8 miljardit aastat) ja Hubble'i konstandi (Plancki andmed andsid H0 väärtuse, mis on väiksem kui mõned otse mõõtmised — sellest on tekkinud kaasaegne "Hubble'i pinge" teema).
- Polariseeritus ja infatsioon: Plancki polariseeritusmõõtmised parandasid piiranguid atmosfäärieelsele infaltsiooniteooriale (nt skalaarse spektri nihe n_s ja optiline sügavus τ) ning aitasid piirata tensor-võrreldise suhte (r) ülemisi piire koos teise andmestikuga.
- Kosmiline kildumine (lensing): Planck mõõtis CMB kildumist (gravitational lensing) ning koostas kildumise potentsiaali kaarte, mis annavad teavet suurte struktuuride ja massijaotuse kohta universumis.
- Komponendi eraldamine ja galaktiline tolm: Planck edendas meetodeid, kuidas eristada CMB signaali taustsüsteemidest (nt galaktika tolm, sünkrotronkiirgus), mis oli oluline ka muudeks astrofüüsikalisteks uuringuteks.
Andmeväljastused ja pärand
Plancki andmed avalikustati mitme suurema väljalaskega: esialgsed tulemid ilmusid mõne aasta jooksul pärast starti ja hiljem tehti mitu põhjalikku andmeväljastust (sh lõplikud pärandiandmed). Need komplektid sisaldavad:
- temperatuuri- ja polariseerituskaarte;
- võimsusspekte ja parameetrikokkuvõtteid;
- kildumise kaarte ja katalooge galaktilistest ning ekstragalaktilistest allikatest.
Plancki tulemused muutusid teaduse standardiks ja jäid alusandmestikuks paljudele kosmoloogia- ja astrofüüsika uuringutele. Andmestikku kasutati laialdaselt teaduspublikatsioonides ning see jätkab mõju tänapäevaste kosmoloogiliste mudelite ja uute vaatluste tõlgendamisel.
Kokkuvõte
Planck täiustas oluliselt NASA Wilkinsoni mikrolaine anisotroopiasondi (WMAP) tehtud vaatlusi ning pakkus väga täpseid mõõtmisi varase Universumi oleku kohta. Missioon testis ja piiritle paljusid teooriaid varase Universumi ja kosmilise struktuuri päritolu kohta ning jättis püsiva pärandi CMB-uuringutesse ja kosmoloogiasse.
Küsimused ja vastused
K: Mis oli Planck?
V: Planck oli kosmoseobservatoorium, mida Euroopa Kosmoseagentuur opereeris aastatel 2009-2013.
K: Mida Planck jälgis?
V: Planck kaardistas kosmilise mikrolaine tausta anisotroopiad mikrolaine- ja infrapunasagedustel, kasutades selleks suurt tundlikkust ja väikest nurgaeraldusvõimet.
K: Kuidas parandas Planck varasemate vaatluste tulemusi?
V: Planck parandas NASA Wilkinsoni mikrolaineanisotroopia sondi tehtud vaatlusi.
K: Mis oli Plancki missiooni eesmärk?
V: Plancki missiooni eesmärk oli anda olulist teavet kosmoloogia ja astrofüüsika kohta ning testida teooriaid varase Universumi ja kosmilise struktuuri tekkimise kohta.
K: Milliseid mõõtmisi on Planck pärast oma missiooni lõppu teinud?
V: Pärast oma missiooni lõppu on Planck teinud kõige täpsemaid mõõtmisi mitme võtmenumbri kohta, sealhulgas tavalise aine ja tumeaine keskmise tiheduse kohta Universumis ning universumi vanuse kohta.
K: Kas Planck on ikka veel töös?
V: Ei, Planck ei tööta enam, kuna see on nüüdseks välja lülitatud.
K: Millise olulise panuse andis Planck astrofüüsika valdkonda?
V: Plancki missioon andis olulise teabeallika kosmoloogia ja astrofüüsika kohta ning tegi mitmete võtmenumbrite kõige täpsemad mõõtmised, aidates sellega oluliselt kaasa astrofüüsika valdkonnale.
Otsige