WMAP

威爾金森微波各向異性探測器（WMAP）

威爾金森微波各向異性探測器（WMAP）的名字命名的戴維博士威爾金森，在宇宙微波背景輻射的研究的科學團隊和先鋒會員。科學目標的探測器廣泛要求相對宇宙微波背景輻射（CMB）溫度的精確測量和高解析度和靈敏度的全天空。

基本介紹

• 中文名：威爾金森微波各向異性探測器
• 外文名：WMAP
• 科學目的：根據大爆炸宇宙模型
• 工作原理：WMAP於2001年6月30日升空

簡介

威爾金森微波各向異性探測器（WMAP）

科學目的

根據大爆炸宇宙模型（The Big Bang）, 在宇宙年齡約30萬年的時候，宇宙中的物質由電離狀態轉化成中性原子的狀態，宇宙中的光子組分與實物退耦而變成微波背景輻射（CMB）。對於給定的宇宙模型，物理學家們可以精確的計算出CMB各向異性的功率譜，它是與宇宙模型的基本參數有關的，因而通過精確的測量寬角度範圍的CMB功率譜，可以確定出各種宇宙模型的基本參數，判斷哪些宇宙的模型更好的描述著我們的宇宙，而通過這些基本參數，我們可以知道許多宇宙學中的基本問題，比如空間的幾何、宇宙中的物質組分、大尺度結構的形成和宇宙的電離歷史等。CMB首先是由Penzias和Wilson(1965)發現的。1992年，NASA的COBE衛星觀測表明CMB是我們可以在自然界測到的最完美的黑體輻射譜，並且第一次給出了CMB各項異性的證據。但由於當時技術的限制，COBE的角解析度只為7度，WMAP的角解析度為13分，因而WMAP將能精確的回答上述許多基本問題。

工作原理

重 840kg的WMAP於2001年6月30日升空，經過三階段繞地-月系統的飛行後，被彈射到日-地系統的第二拉格朗日點L2，該點在月球軌道之外，距地球約150萬千米，其周圍區域是引力的鞍點，在這裡衛星可以近似保持距地球的距離，需要很少的維護工作，WMAP的維護工作約一年四次。在與地－月系統繞太陽轉動的同時，WMAP在L2軌道上還做著0.464轉/分鐘的自轉和1轉/小時的進動。為了降低系統誤差，WMAP精確測量的是天空上分隔180度至0.25度的任意兩個方向的溫度差。為了獲得全天的信息，WMAP採用了複雜的全天掃描方式，做一次完整地全天掃描要六個月的時間。第一次公布的數據（2003年）包含了兩組全天掃描的結果。

相關知識

WMAP測到的全天的各向異性數據，要傳送回地球，經過複雜的數據校準和數據處理後，就像地圖（map）一樣，我們可以用這些數據繪製一幅關於全天輻射各向異性的圖（map），圖（map）上任一點記載著對應的天空方向的溫度漲落。該圖（map）用Mollweide投影的方法繪出，該方法把全天的各項異性信息映射到一個2:1的橢圓上，保持水平線是直線，子午線除中間一條外都是橢圓弧，並保持相鄰的平行線和子午線所包絡的面積不變。WMAP共給出五個波段的全天圖：W-band（～94GHz），V-band（～61GHz），Q-band（～41GHz），Ka-band（～33GHz）和K-band（～23GHz）。其選取的目的是為降低前景輻射（如銀河系的輻射）對CMB的污染，在這些頻率上CMB各向異性與前景輻射污染的比率最大。其中，K-band和Ka-band不用做CMB的分析，因為它們有著最大的前景污染和它們所觀測的在l-空間的區域是受限於其他頻段測量所帶來的不確定性（cosmic variance）。

為了得到CMB各向異性的信息，對瀰漫的星系輻射和星系外的點光源的理解是很重要的，以便去除這些污染信息。通過採取Kp0、Kp2等禁止（mask），線形組合多頻段的WMAP數據，去除電源和SZ效應等手段，才最終得到了CMB的各向異性信息。