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宇宙背景輻射是來自宇宙空間背景上的各嚮同性的微波輻射，也稱為微波背景輻射。二十世紀六十年代初，美國科學家彭齊亞斯和r.w.威爾遜為了改進衛星通訊，建立了高靈敏度的號角式接收天綫係統。1964年，他們用它測量銀暈氣體射電強度。為了降低噪音，他們甚至清除了天綫上的鳥糞，但依然有消除不掉的背景噪聲。他們認為，這些來自宇宙的波長為7.35釐米的微波噪聲相當於3.5k。1965年，他們又訂正為3k，並將這一發現公諸於世，為此獲1978年諾貝爾物理學奬金。
微波背景輻射的最重要特徵是具有黑體輻射譜，在0.3釐米－75釐米波段，可以在地面上直接測到；在大於100釐米的射電波段，銀河係本身的超高頻輻射掩蓋了來自河外空間的輻射，因而不能直接測到；在小於0.3釐米波段，由於地球大氣輻射的幹擾，要依靠氣球、火箭或衛星等空間探測手段才能測到。從0.054釐米直到數十釐米波段內的測量表明，背景輻射是溫度近於2.7k的黑體輻射，習慣稱為3k背景輻射。黑體譜現象表明，微波背景輻射是極大的時空範圍內的事件。因為衹有通過輻射與物質之間的相互作用，才能形成黑體譜。由於現今宇宙空間的物質密度極低，輻射與物質的相互作用極小，所以，我們今天觀測到的黑體譜必定起源於很久以前。微波背景輻射應具有比遙遠星係和射電源所能提供的更為古老的信息。微波背景輻射的另一特徵是具有極高度的各嚮同性。這有兩方面的含義：首先是小尺度上的各嚮同性。在小到幾十弧分的範圍內，輻射強度的起伏小於0.2－0.3％；其次是大尺度上的各嚮同性。沿天球各個不同方向，輻射強度的漲落小於0.3％。各嚮同性說明，在各個不同方向上，在各個相距非常遙遠的天區之間，應當存在過相互的聯繫。
宇宙微波背景輻射
1948年, 美國科學家阿爾弗(ralph alpher)和赫爾曼(robert herman)預言，宇宙大爆炸産生的殘係輻射，由於宇宙的膨脹和冷卻，如今它所具有的溫度約為絶對零度以上5開，或者說5k(絶對零度等於攝氏零下273度，即-273℃)。但是他們的預言並未引起人們的普遍重視。
但是多年以後，即1965年，美國新澤西州貝爾實驗室的兩位無綫電工程師阿爾諾·彭齊亞斯(arno penzias)和羅伯特·威爾遜(robert wilson)卻十分意外地發現了這種宇宙輻射場，當時他們正在為跟蹤一顆衛星而校準一具很靈敏的無綫電天綫。與此同時，在附近的普林斯頓大學，由羅伯特·迪剋(robert dicke)領導的一個科學家小組已獨立地重新發現了阿爾弗和赫爾曼早先作過的預言，並着手設計一臺探測器以供搜索大爆炸的殘留輻射。他們聽說了貝爾實驗室這臺接收器中存在着無法闡明的噪聲，並立即將它解釋為源自大爆炸的殘餘輻射。它相當於在電磁波譜的微波部分波長為7．35釐米的某種無綫電波信號；如果假設它是熱輻射，那麽它所具有的能量就相應於2.7k的溫度--這與阿爾弗和赫爾曼富於靈感的估計非常接近。它被稱為"宇宙微波背景輻射"。宇宙微波背景輻射的存在，給大爆炸理論以有力的支持。 |
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我們的宇宙始於'原始火球'的“大爆炸（BigPang）”，隨着宇宙膨脹，物質密度變小，溫度變低，變得透明。理論研究表明，到了大爆炸後約30萬年，遺留下來遍布的熱氣體所發出輻射就可以到處穿透了，成為宇宙背景輻射。
1964年，彭齊亞斯（A.Penzias）和威爾遜（R.W.Wilson）為了查明衛星通訊的天空幹擾噪聲來源，用一架噪聲極低和方向性很強的天綫（工作波長7.35釐米）測量天空的電波，扣除所有已知的（地球大氣、地面輻射和儀器的）噪聲外，發現星空各個方向總是接收到原因不明的微波噪聲，強度等效於溫度約3K的黑體輻射，稱為微波背景輻射或3K背景輻射，這就是宇宙背景輻射，他們因這一重大發現獲得1978年諾貝爾物理學奬。
圖1宇宙背景輻射的三個重要探測器（左）和成果（右）。宇宙背景輻射基本上是各嚮同性的（右上），但存在微小張落（右中-低分辯，右下-高分辨），圖上的白色和紅色橫帶是銀河係。
馬瑟（J.C.Mather）和斯穆特（G.F.Smoot）從1974年開始宇宙背景輻射探測器（COBE）項目，1989年發射到太空，探測波長1微米～1釐米宇宙背景輻射的方向分佈和能量譜，搜尋跟完全各嚮同性和理想黑體輻射譜的偏差。結果符合於溫度2.728±0.004K的黑體輻射分佈，證實了宇宙背景輻射是黑體輻射。近年更精確測量發現背景輻射的溫度在一個方向上比相反的方向高0.003K，解釋為地球及銀河係有相對於整個膨脹宇宙背景輻射的運動所致。接着，他們取得又一重大成果，發現宇宙背景輻射溫度有微小漲落--各嚮異性。這種漲落正式宇宙極早期"暴漲"遺留下來的。他們因這些重大成果獲得2006年諾貝爾物理學奬。
1998年末到1999年初，BOOOMERANG(毫米波河外輻射與地球物理氣球觀測臺)飛行於南極上空，可分辨比COBE（角分辨約7°）小35倍的背景輻射漲落，發現很多溫度微小差別(0.0001K)的熱斑和冷斑，角大小不到1°。在ＣＯＢＥ項目的基礎上，耗資1．45億美元的"WMAP--威爾金森（Wilkinson）微波各嚮異性探測器"已於2001年進入太空，對宇宙微波背景輻射進行更精確的觀測，得到宇宙最老光子（背景輻射）的第一批詳細的全天圖。而歐洲"普朗剋"衛星不久也將發射升空，繼續提高研究的精確度。 |
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yuzhou beijing fushe
宇宙背景輻射
見微波背景輻射。
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- : cosmic background radiation
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