Goddard Space Flight Center Lecture John Mather 21. November 2006

Präsentation zum Thema: "Goddard Space Flight Center Lecture John Mather 21. November 2006"—  Präsentation transkript:

1 Goddard Space Flight Center Lecture John Mather 21. November 2006
Vom Urknall zum Nobelpreis: Kosmischer Background Explorer (COBE) und darüber hinaus Goddard Space Flight Center Lecture John Mather 21. November 2006 21. November 2006 Vom Urknall zum Nobelpreis: Kosmischer Background Explorer (COBE) und darüber hinaus John Mathers Goddard Scientific Colloquium Vortrag zum Thema "The COBE Legacy", gegeben im Goddard Space Flight Center. Download einer Kopie: Powerpoint (3,4 MB) Pdf (3,6 MB)

2 Astronomische Suche nach Ursprüngen
Erste Galaxien Urknall leben Galaxien entwickeln sich Planeten Sternen

3 Rückblick in die Zeit

4 Abmessung Diese Technik ermöglicht die Messung riesiger Entfernungen

5 Die Toolbox des Astronomen #2: Doppler-Verschiebung-Licht
Atome strahlen Licht in diskreten Wellenlängen aus, die mit einem Spektroskop zu sehen sind Dieses "Linienspektrum" identifiziert das Atom und seine Geschwindigkeit

6 Galaxien ziehen sich gegenseitig an, also sollte die Expansion verlangsamen--rechts??
Um zu sagen, müssen wir die Geschwindigkeit, die wir an nahe gelegenen Galaxien messen, mit denen mit sehr hoher Rotverschiebung vergleichen. Mit anderen Worten, wir müssen Hubbles Geschwindigkeit vs. Distanzdiagramm auf viel größere Entfernungen ausdehnen.

7 Pressemitteilung des Nobelpreises
Die Königlich-Schwedische Akademie der Wissenschaften hat beschlossen, den Nobelpreis für Physik für 2006 gemeinsam zu vergeben. John C. Mather, NASA Goddard Space Flight Center, Greenbelt, MD, USA, und George F. Smoot, University of California, Berkeley, CA, USA "Für ihre Entdeckung der Schwarzkörperform und Anisotropie der kosmischen Mikrowellen-Hintergrundstrahlung".

8 Georges Lemaitre & Albert Einstein
Die Kraft des Denkens George Gamow Georges Lemaitre & Albert Einstein Robert Herman & Ralph Alpher Rashid Sunyaev Jim Peebles

9 Hardware-CMB Spektrum
Paul Richards Mike Werner David Woody Kräuterguss Rai Weiss Frank Low

10 Kurze Geschichte 1965, CMB angekündigt-Penzias & Wilson; Dicke, Peebles, Roll, & Wilkinson 1974, NASA AO for Explorers: ~ 150 Vorschläge, darunter: JPL anisotropy Vorschlag (Gulkis, Janssen ...) Berkeley anisotropy Vorschlag (Alvarez, Smoot ...) Goddard/MIT/Princeton COBE Vorschlag (Hauser, Mather, Muehlner, Silverberg, Thaddeus, Weiss, Wilkinson)

11 COBE Geschichte (2) 1976, Mission Definition Science Team ausgewählt vom HQ (Nancy Boggess, Programm-Wissenschaftlerin); PI es gewählt ~ 1979, Entscheidung, COBE im eigenen Haus bei GSFC zu bauen 1982, Genehmigung zum Bau der Flucht 1986, Challenger-Explosion, Start COBE Redesign für Delta Launch 1989, 18. November, Start 1990, erste Spektrumzahlen; Heliumende in 10 Mo 1992, erste Anisotropie-Ergebnisse 1994, Endbetrieb 1998, große kosmische IR-Hintergründe

12 Start COBE mikro & Deanna Hauser Dave & Eunice Wilkinson
klo & Jane Mather Pat Thaddeus Rai & Becky Weiss Sam & Margie Gulkis, mikro & Sandie Janssen George Smoot

13 COBE Science Team schmeißen & Renee Bennett Ed & Tammy Cheng
Nancy & Al Boggess Eli & Florence Dwek Tom & Ann Kelsall Philip & Georganne Lubin

14 sich & Beverly Silverberg
COBE Science Team Tom & Jeanne Murdock Harvey & Sarah Moseley Steve & Sharon Meyer Ned & Pat Wright Rick & Gwen Shafer sich & Beverly Silverberg

15 COBE Engineering Leadership
Hintere Reihe: Bill Hoggard, Herb Mittelman, Joe Turtil, Bob Sanford Mittlere Reihe: Don Crosby, Roger Mattson, Irene Ferber, Maureen Menton Erste Reihe: Jeff Greenwell, Ernie Doutrich, Bob Schools, Mike Roberto

16 COBE Engineering Leadership
Hintere Reihe: Dennis McCarthy, Bob Maichle, Loren Linstrom, Jack Peddicord Mittelreihe: Lee Smith, Dave Gilman, Steve Leete, Tony Fragomeni Frontreihe: Earle Young, Chuck Katz, Bernie Klein, John Wolfgang

17 COBE Satellit, COBE im Orbit,

18 John Mather Rick Shafer Bob Maichle Mike Roberto
Weit Infrarot-Absolute Spektrophotometer John Mather Rick Shafer Bob Maichle Mike Roberto

19 Kalibrator (Eccosorb) auf dem Arm, vor der Isolierung, am Parabolkonzentrator befestigt

20 Basierend auf 9 Minuten Daten Präsentiert auf der AAS, Januar 1990

21 Aktuelle Schätzung: T = 2. 725 +/-0
Aktuelle Schätzung: T = / K Neue Technologie könnte Residuen 2 Größenordnungen reduzieren?

22 Die Bestätigung der Urknalltheorie
Heiße Urknall-Theorie stimmt Keine zusätzliche Energie nach dem ersten Jahr freigesetzt Keine exotischen Ereignisse wie turbulente Bewegung

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24 George Smoot Chuck Bennett Bernie Klein Steve Leete
Differentielle Mikrowellen-Radiometer George Smoot Chuck Bennett Bernie Klein Steve Leete

25 31.4 GHz

26 Sky-Karte von DMR, 2.7 K +/-0.003 K
Dopplereffekt der Bewegung der Erde entfernt (v/c = 0.001) Kosmische Temperaturschwankungen bei Jahren, +/ K

27 COBE-Karte der CMB-Fluktuationen 2.725 K +/-~ 30 μK rms, 7O Strahl

28 DIRBE (Diffuse Infrarot-Hintergrund-Experiment)
Karte ganzer Himmel in 10 Bändern von 1,2 bis 240 μm Messen, verstehen und subtrahieren Sie für Tierkreis-und Galaktische Vorgärten Bestimmen Sie kleine Überreste aus dem frühen Universum, urzeitliche Galaxien, etc. Erfordert absolute Kalibrierung

29 Mike Hauser Tom Kelsall Don Crosby Loren Linstrom

30 DIRBE Test Unit Hardware

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32 DIRBE far IR (100, 140, 240 μm) Sky Modeling

33 COBE Kosmologie CMB hat ein schwarzes Körperspektrum, F/FMax < 50 ppm. Starke Grenzwerte, etwa 0,01%, bei der Energieumwandlung (von Turbulenzen, instabilen Teilchen, etc.) nach t = 1 Jahr. Keine gute Erklärung außer Hot Big Bang. CMB hat eine räumliche Struktur, 0,001% auf Skalen > 7O, im Einklang mit skalierunausweichenden Vorhersagen und Inflation, dunkler Materie und dunkler Energie oder  Konstante, und Bildung von Galaxien und Haufen durch die Schwerkraft. CIBR hat 2 Teile, in der Nähe (wenige Mikrometer) und weit (wenige hundert Mikrometer), jede mit Helligkeit vergleichbar mit der bekannten Leuchtkraft der sichtbaren und nahen IR-Galaxien: L des Universums ist ~ doppelter Wert.

34 Wmap Wilkinson Microwave Anisotropy Probe Chuck Bennett, PI
Goddard & Princeton Team 2001 gestartet

35 Das Universum im Alter von 389.000 Jahren
Galaktische Plane Temperatur (μK) im Vergleich zum Durchschnitt von 2,725 K + 200 -200

36 Kosmischer Parameter auf ~ Prozent Genauigkeit
Wl Wc WB Wm=WB+Wc=27 ± 4 Prozent Wzusammenzählen=WB+Wc+Wl=100 Prozent Kosmischer Parameter auf ~ Prozent Genauigkeit

37 CMB Angular Power Spectrum

38 Planck Mission-ESA-geleitet mit NASA-Beiträgen, für 2008 Start
Höhere räumliche Auflösung und Empfindlichkeit als WMAP, mit kürzeren Wellenlängen

39 James Webb Space Telescope (JWST)

40 Zusammenfassung von JWST
Einfahrbares Infrarot-Teleskop mit 6,5 Meter Durchmesser segmentiert verstellbaren Primärspiegel Cryogenes Temperaturteleskop und 4 Instrumente für Infrarot-Leistung mit 0,6 bis 29 μm Start Juni 2013 mit einer ESA-gelieferten Ariane-5-Rakete zur Sun-Earth L2:1,5 Millionen km entfernt im tiefen Weltraum (zur Kühlung benötigt) 5-Jahres-Wissenschaftsmission (10-Jahres-Ziel)

41 James Webb Space Telescope
Mission Lead: Goddard Space Flight Center Internationale Zusammenarbeit mit ESA & CSA Hauptunternehmer: Northrop Grumman Raumfahrttechnik Instrumente: Nahe Infrarot-Kamera (NIRCam) – Univ. von Arizona In der Nähe Infrarot-Spektrograph (NIRSpec) – ESA Mittel-Infrarot-Instrument (MIRI) – JPL/ESA Fine Guidance Sensor (FGS) – CSA Operations: Space Telescope Science Institute

42 Vier wissenschaftliche Themen
Erste Objekte, die nach Urknall entstanden sind Superstars? Supernovae? Schwarze Löcher? Montage von Galaxien (aus kleinen Stücken?) Bildung von Sternen und Planetensystemen Versteckt in Staubwolken Planetensysteme und Lebensbedingungen

43 JWST-Wissenschaftliches Ziele versus kosmische Geschichte
Star & Planet Formation Atome & Strahlung Teilchenphysik Urknall jetzt 3 Minute Jahre 200 Millionen Jahre 1 Milliarde Jahre 13,7 Milliarden Jahre

44 Ende der dunklen Zeiten: Erstes Licht?

45 Der Adlernebel Wie man bei Hubble sieht
Der Adlernebel, wie er von HST gesehen wird

46 Der Adlernebel Wie im Infrarot

47 Geburt von Sternen und protoplanetären Systemen
Sterne in Staubscheiben in Orion

48 Planetensysteme und die Ursprünge des Lebens

49 HST charakterisiert die Transitierung von Planeten; So wird JWST
HST: Planet überträgt Stern

50 Chemie der Planetenwende

51 ... Große Fragen, reif zur Antwort
Was geschah vor dem Urknall? Was ist in der Mitte eines Schwarzen Lochs? Wie sind wir hierher gekommen? Was ist unser kosmisches Schicksal? Was sind Raum und Zeit? Hier können Sie auch einige Materialien erhalten: ... Große Fragen, reif zur Antwort