Planck — ESA kosmosa observatorija, kas kartēja kosmisko mikroviļņu fonu

Planck — ESA misija, kas ar precīzām kosmisko mikroviļņu fona (CMB) kartēm atklāja agrīnā Visuma struktūru, precizēja kosmoloģiskos parametrus un Visuma vecumu.

Planck bija kosmosa observatorija, ko no 2009. līdz 2013. gadam pārvaldīja Eiropas Kosmosa aģentūra (ESA). Tā tika palaista kopā ar teleskopu Herschel 2009. gada 14. maijā un novietota ap Saules–Zemes Lagrange punkta L2, kurā varēja ilgstoši un stabilā temperatūrā veikt jutīgus mērījumus.

Ar to tika kartētas kosmiskā mikroviļņu fona (CMB) anizotropijas mikroviļņu un infrasarkanajās frekvencēs ar augstu jutību un mazu leņķa izšķirtspēju. Planck mēroja gan temperatūras svārstības, gan polarizāciju plašā frekvenču diapazonā, ļaujot atdalīt CMB no galaktiskā un kosmiska priekškontakta starojuma.

Misija uzlaboja novērojumus, ko veica NASA Vilkinsona mikroviļņu anizotropijas zonde (WMAP). Planck sniedza nozīmīgu informācijas avotu par kosmoloģiju un astrofiziku. Tā pārbaudīja teorijas par agrīno Visumu un kosmosa struktūras izcelsmi.

Tehniskie galvenie parametri

• Frekvenču diapazons: aptuveni 30–857 GHz, sadalīts vairākos kanālos, lai atdalītu CMB signālu no citas radiācijas.
• Instrumenti: divi galvenie komplekti — Low Frequency Instrument (LFI, 30–70 GHz) un High Frequency Instrument (HFI, 100–857 GHz). HFI izmantoja dzesētus bolometru detektorus, kas darbojās pie ļoti zemām temperatūrām (~0.1 K), lai sasniegtu izcilu jutību.
• Leņķa izšķirtspēja: līdz aptuveni 5 loka minūtēm augstākajās frekvencēs, kas ļāva detalizēti kartēt smalkas CMB struktuŗas.
• Novērojumu laiks: galvenie zinātniskie novērojumi notika no 2009. gada augusta; HFI darbību pārtrauca 2012. gada janvārī, kad beidzās kriogēno šķidrumu rezerves, bet LFI turpināja darbību līdz 2013. gada oktobrim.

Kāpēc Planck bija svarīgs

Planck deva visprecīzākos pilnas debess kartējumus CMB temperatūras anizotropijām un ievērojami precizēja kosmoloģiskos parametrus. Ar Planck datiem varēja:

• noteikt Visuma kopējo satura sadalījumu starp parasto (bārijisko) matēriju, tumšo matēriju un tumšo enerģiju;
• precizēt Visuma vecumu — Planck gala rezultāti liecina par aptuveni 13.8 miljardu gadu vecumu (aptuveni 13.797 miljardi gadu saskaņā ar galvenajiem datu apkopojumiem);
• izmērīt Hubbles konstantes vērtību no CMB datiem (Planck rezultāti dod H0 apmēram 67.4 km/s/Mpc), kas vēlāk radīja diskusijas un "strīdu" (tension) ar vietējo mērījumu rezultātiem;
• pārbaudīt inflācijas modeļus — Planck datiem vairāk atbilst gandrīz skalāri nelineāri, adiabātiski kvantfluktuāciju modeļi ar spektrālā indeksa n_s nedaudz mazāku par 1;
• mērīt gravitācijas lēcienu (lensing) ietekmi uz CMB, kas deva papildu informāciju par lielu mēroga struktūru sadalījumu.

Svarīgākie rezultāti un ietekme

Kopš Planka misijas beigām ir veikti precīzākie vairāku svarīgu skaitļu mērījumi. Tie ietver parastās matērijas un tumšās matērijas vidējo blīvumu Visumā un Visuma vecumu. Galvenie atziņu punkti:

• Kosmoloģiskā modeļa precizēšana: Planck rezultāti ļoti labi saskan ar Lambda-CDM (ΛCDM) modeli, kurā dominē tumšā enerģija un tumšā matērija.
• Precīzi parametri: kopējā vielas blīvuma frakcija (Ωm) ir aptuveni 0.315, bārijiskās matērijas frakcija aptuveni 0.049, bet tumšās matērijas frakcija aptuveni 0.266 (noapaļoti vērtējumi atkarībā no datu interpretācijas un publicētās datu vienošanās).
• Anomālijas un atklājumi: Planck apstiprināja dažas agrāk novērotas anomālijas (piem., zema impulsu līmeņa trūkums lielos leņķos, hemišu asymetrija), kas joprojām ir temats turpmākiem pētījumiem.
• Publiskie dati: ESA izlaida vairākas datu kopas (galvenās datu relīzes 2013., 2015. un 2018. gadā), kas plaši tika izmantotas kosmoloģijas un astrofizikas pētījumos visā pasaulē.

Misijas noslēgums un turpmākā ietekme

Planck misija oficiāli beidzās 2013. gada oktobrī, kad observatorija tika izslēgta un atstāta drošā trajektorijā prom no L2 punkta. Kaut arī kosmosa kuģis vairs nestrādā, tā datu arhīvs un kartes joprojām ir aktīvs zinātnes pētījumiem. Planck rezultāti ir kļuvuši par etalonu kosmoloģiskajos mērījumos un turpina ietekmēt jaunas teorijas un novērojumu programmas.

Planck misijas veikums ne tikai uzlaboja mūsu izpratni par Visuma agrajiem posmiem, bet arī radīja svarīgas diskusijas par neatbilstībām starp dažādiem Hubble konstantes mērījumu veidiem un par smalkām CMB anomālijām, veicinot jaunu novērojumu un teorētisku pētījumu vilni.

Jautājumi un atbildes

J: Kas bija Planks?

J: Ko novēroja Planck?

J: Kā Planck uzlaboja iepriekšējos novērojumus?

J: Kāds bija Planck misijas mērķis?

J: Kādus mērījumus Planck ir veicis kopš misijas beigām?

J: Vai Planck joprojām darbojas?

J: Kādu nozīmīgu ieguldījumu Planck ir devis astrofizikas jomā?

Meklēt pēc burta