Гравитация и космология. Принципы и приложения общей теории относительности - Вейнберг С.
Скачать (прямая ссылка):
Сводка измерений потока фонового излучения в микроволновой и далекой инфракрасной областях
Указанные здесь температуры равны температуре излучения черного тела, к ггорое имело бы наблюдаемый поток на соответствующей длине волны
см
Метод измерения
Ty (V, К
Литература
73,5 Наземный радиоле
49,2 » »
21,0 » »
20.7 » »
7,35 » »
3,2 » »
3,2 » »
•1,58 » »
¦1,50 » »
0,924 » »
0,856 » »
0,82 » »
0,358 » »
0,33 » »
0,33 » »
0,263 CN (/ = MJ -0)
0,263 CX (J -MJ = 0)
0,263 CX (./ -1 и г=0)
0,203 CN (J = MJ = 0)
0,132 CN (J = 2 j J
0,132 CN U -2/J =1)
0,0559 CH
0,0559 CH
0,0359 CH+
0,04—0,13
>0,05
0,6—0,008
<3,18-1,0
0,13—1,0 0,09-1,0 0,054-1,0
ИК-телескоп на ракете ИК-радио.метр па шаре-зонде ИК-радиометр на ракете ИК-радиометр на шаре-зонде
То же »
»
2,09
2,78 j
3,7+1,2
3,7+1,2
3,2+1,0
2,8+0,6
3,5 + 1,0
3.0+0,5
Г +0.16
\ -0,21
+0,12
-0,17
2,0+0,8
3,16±0,26
о -о Г -L0,17 2,об j _0'22
2.9+0,7 2,4+0,7 о Ак / +0.4° -¦*ь [ -0,44 2,61+0,25 «2,3 ( 3,22+0.15 ?Oph*' \ 3,0 +0,6 ?Рег 3.75+0,50 <2,82 <7,0 <4,74 <6,6 <5,43 <8,11
8,3 {±\:1
як 3,6, 5,5, 7,0
3-і {
Г +0,4 { -0,2 2,8+0,2 <2,7 < 3.4
2.7
125] 126| 125J
126]
125]
126] [126]
[127 128] :
* Перекалибровку этих данных см. в работах [129, 130].
** Ophiuchus-Змссносец, Perseus-Персей. § 5. Космический фон микроволнового излучения
551
J=3-
J = Z-
J=I ¦ J =о-
! о,обє ш +
т о, із г см ztiD,26bCM
R (1) [/ = 1-+/=2;? =
=3873,998 AJ, Z5(I)I/ = = 1-+-/ = 2;
Я, = 3875,763 л] и Я (2) [/ = 2-» J = 3;
I = 3873,369 Al-(Эти переходы подчиняются дипольному правилу отбора А/ = ±1.) В 1941 г. Мак-Келлар [123] обнаружил, что радикалы циана в межзвездном облаке между нами и звездой L, Змееносца поглощают свет этой звезды не только за счет R (О)-пере-хода из основного состояния J = 0, но также и за счет R (І)-иерехода с первого возбужденного вращательного уровня с энергией возбуждения, соответствующей длине волны 2,64 млі. По относительной интенсивности этих двух линий можно было установить, что населенность уровня / = 1 соответствует температуре 2,3 К.
Мак-Келлар не мог быть уверен, что здесь не действовал какой-то особый механизм возбуждения, и поэтому единственный вывод, который он мог сделать, состоял в том, что фоновое излучение при X = 2,64 мм имеет эквивалентную температуру черного тела меньше 2.3 К. После открытия Пензиасом и Вилсоном [109] излучения с температурой 3,5 К на 7,35 см Филд [124, 135], Вульф [136] и Шкловский [137] независимо пришли к выводу, что давние наблюдения Мак-Келлара могли бы служить в действительности измерением температуры фонового излучения, а не только определением ее верхнего предела. Это подтвердилось при теоретическом анализе [124, 125}, исключившем все другие механизмы вращательного возбуждения. Измерения были повторены, причем дополнительно были получены данные для линии поглощения P (1) [12()] и по некоторым другим звездам. Какой-либо точной температуры излучения эти измерения не дали, но стало более или менее ясно, что 2.7 К ^ Tvo ^ 3,7 К на длине волны
R(O) P(I) F(I) K(Z)
Фнг. 15.3. Переходы в спектре поглощения циана, использованные для установления верхней границы температуры космического микроволнового фона. ¦552
Гл. 15. Космология; эталонная модель
J-W11Fu,
0,01см 3 -IOiz Гц
Фиг. 15.4. Плотность энергии в единичном интервале частоты излучения черного тела при 2,7 К.
Сплошная кривая дает спектр Планка (15.5.4); пунктирная — спектр Рэлея — Джинса (15.5.7) при температуре антенны 2,7 К. Короткими вертикальными линиями вверху отмечены частоты, на которых радиометром или по наблюдениям межзвездного поглощения измерена температура космического микроволнового фона или установлен ее верхний предел.
2,64 мм. Были проведены также безуспешные поиски [126] линии поглощения R (2) в CN и различных линий поглощения из возбужденных вращательных состояний у CH и CH+, что позволило установить верхние границы для Tvo на длинах волн 1,32, 0,559 и 0,359 мм.
Знакомство с табл. 15.1 показывает, что, за исключением измерений на ракетах и шарах-зондах, все наблюдения согласуются со спектральным распределением для черного тела при 2,7 К. Но прежде чем сделать окончательный вывод о том, что имеет место распределение черного тела, мы должны задаться вопросом, насколько существенным является указанное согласие, и позаботиться об объяснении измерений на больших высотах. Все данные при длинах волн более 1 см
лежат, к несчастью, в той части распределения Планка для 2,7 К, которая хорошо аппроксимируется формулой Рэлея — Джинса
Pv0 (V) x8nkTv0v2dv, (15.5.19)
которую можно получить, устремив V к нулю в формуле (15.5.4). Например, если X = 1,5 см, поток излучения черного тела при 2,7 К только на 15% меньше того, что задается формулой Рэлея — Джинса (15.5.19), и даже при Я = 0,856 см поток по Планку только на 35% ниже потока по Рэлею — Джинсу (фиг. 15.4). Это серьезный недостаток, поскольку можно придумать несколько моделей, которые будут выдавать кривую Рэлея — Джинса в той области длин волн, где с ней совпадает кривая Планка. Допустим для примера, что наблюдаемый фон излучен § 5. Космический фон микроволнового излучения
