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宇宙背景辐射是来自宇宙空间背景上的各向同性的微波辐射，也称为微波背景辐射。二十世纪六十年代初，美国科学家彭齐亚斯和r.w.威尔逊为了改进卫星通讯，建立了高灵敏度的号角式接收天线系统。1964年，他们用它测量银晕气体射电强度。为了降低噪音，他们甚至清除了天线上的鸟粪，但依然有消除不掉的背景噪声。他们认为，这些来自宇宙的波长为7.35厘米的微波噪声相当于3.5k。1965年，他们又订正为3k，并将这一发现公诸于世，为此获1978年诺贝尔物理学奖金。
微波背景辐射的最重要特征是具有黑体辐射谱，在0.3厘米－75厘米波段，可以在地面上直接测到；在大于100厘米的射电波段，银河系本身的超高频辐射掩盖了来自河外空间的辐射，因而不能直接测到；在小于0.3厘米波段，由于地球大气辐射的干扰，要依靠气球、火箭或卫星等空间探测手段才能测到。从0.054厘米直到数十厘米波段内的测量表明，背景辐射是温度近于2.7k的黑体辐射，习惯称为3k背景辐射。黑体谱现象表明，微波背景辐射是极大的时空范围内的事件。因为只有通过辐射与物质之间的相互作用，才能形成黑体谱。由于现今宇宙空间的物质密度极低，辐射与物质的相互作用极小，所以，我们今天观测到的黑体谱必定起源于很久以前。微波背景辐射应具有比遥远星系和射电源所能提供的更为古老的信息。微波背景辐射的另一特征是具有极高度的各向同性。这有两方面的含义：首先是小尺度上的各向同性。在小到几十弧分的范围内，辐射强度的起伏小于0.2－0.3％；其次是大尺度上的各向同性。沿天球各个不同方向，辐射强度的涨落小于0.3％。各向同性说明，在各个不同方向上，在各个相距非常遥远的天区之间，应当存在过相互的联系。
宇宙微波背景辐射
1948年, 美国科学家阿尔弗(ralph alpher)和赫尔曼(robert herman)预言，宇宙大爆炸产生的残系辐射，由于宇宙的膨胀和冷却，如今它所具有的温度约为绝对零度以上5开，或者说5k(绝对零度等于摄氏零下273度，即-273℃)。但是他们的预言并未引起人们的普遍重视。
但是多年以后，即1965年，美国新泽西州贝尔实验室的两位无线电工程师阿尔诺·彭齐亚斯(arno penzias)和罗伯特·威尔逊(robert wilson)却十分意外地发现了这种宇宙辐射场，当时他们正在为跟踪一颗卫星而校准一具很灵敏的无线电天线。与此同时，在附近的普林斯顿大学，由罗伯特·迪克(robert dicke)领导的一个科学家小组已独立地重新发现了阿尔弗和赫尔曼早先作过的预言，并着手设计一台探测器以供搜索大爆炸的残留辐射。他们听说了贝尔实验室这台接收器中存在着无法阐明的噪声，并立即将它解释为源自大爆炸的残余辐射。它相当于在电磁波谱的微波部分波长为7．35厘米的某种无线电波信号；如果假设它是热辐射，那么它所具有的能量就相应于2.7k的温度--这与阿尔弗和赫尔曼富于灵感的估计非常接近。它被称为"宇宙微波背景辐射"。宇宙微波背景辐射的存在，给大爆炸理论以有力的支持。 |
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我们的宇宙始于'原始火球'的“大爆炸（BigPang）”，随着宇宙膨胀，物质密度变小，温度变低，变得透明。理论研究表明，到了大爆炸后约30万年，遗留下来遍布的热气体所发出辐射就可以到处穿透了，成为宇宙背景辐射。
1964年，彭齐亚斯（A.Penzias）和威尔逊（R.W.Wilson）为了查明卫星通讯的天空干扰噪声来源，用一架噪声极低和方向性很强的天线（工作波长7.35厘米）测量天空的电波，扣除所有已知的（地球大气、地面辐射和仪器的）噪声外，发现星空各个方向总是接收到原因不明的微波噪声，强度等效于温度约3K的黑体辐射，称为微波背景辐射或3K背景辐射，这就是宇宙背景辐射，他们因这一重大发现获得1978年诺贝尔物理学奖。
图1宇宙背景辐射的三个重要探测器（左）和成果（右）。宇宙背景辐射基本上是各向同性的（右上），但存在微小张落（右中-低分辩，右下-高分辨），图上的白色和红色横带是银河系。
马瑟（J.C.Mather）和斯穆特（G.F.Smoot）从1974年开始宇宙背景辐射探测器（COBE）项目，1989年发射到太空，探测波长1微米～1厘米宇宙背景辐射的方向分布和能量谱，搜寻跟完全各向同性和理想黑体辐射谱的偏差。结果符合于温度2.728±0.004K的黑体辐射分布，证实了宇宙背景辐射是黑体辐射。近年更精确测量发现背景辐射的温度在一个方向上比相反的方向高0.003K，解释为地球及银河系有相对于整个膨胀宇宙背景辐射的运动所致。接着，他们取得又一重大成果，发现宇宙背景辐射温度有微小涨落--各向异性。这种涨落正式宇宙极早期"暴涨"遗留下来的。他们因这些重大成果获得2006年诺贝尔物理学奖。
1998年末到1999年初，BOOOMERANG(毫米波河外辐射与地球物理气球观测台)飞行于南极上空，可分辨比COBE（角分辨约7°）小35倍的背景辐射涨落，发现很多温度微小差别(0.0001K)的热斑和冷斑，角大小不到1°。在ＣＯＢＥ项目的基础上，耗资1．45亿美元的"WMAP--威尔金森（Wilkinson）微波各向异性探测器"已于2001年进入太空，对宇宙微波背景辐射进行更精确的观测，得到宇宙最老光子（背景辐射）的第一批详细的全天图。而欧洲"普朗克"卫星不久也将发射升空，继续提高研究的精确度。 |
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yuzhou beijing fushe
宇宙背景辐射
见微波背景辐射。
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- : cosmic background radiation
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| cosmic background radiation | |
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