Archeops

Archeops — международный баллонный радиотелескоп миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов длин волн, предназначенный для измерения анизотропии реликтового излучения. Телескоп совершил несколько полётов с помощью стратостата на высоте 31—34 км в период с 1999 по 2002 годы. Подъём телескопа на такую высоту необходим для уменьшения влияния атмосферы Земли (поглощения космического микроволнового излучения в атмосфере, а также производимых ею помех). Регистрация излучения производилась в 4 полосах частот около 143, 217, 353 и 545 ГГц с высоким угловым разрешением (около 15′) для измерения мелкомасштабной анизотропии. Наблюдения охватывали до 30% небесной сферы.

Над проектом работали научные организации Франции, Италии, США, России, Великобритании и Ирландии. Со стороны России в проекте принимали участие Институт теоретической физики им. Л. Д. Ландау и Институт космических исследований РАН. Научным руководителем проекта выступал французский физик, специалист по криогенике, Ален Бенуа из Центра исследований сверхнизких температур, ныне входящего в состав Института Нееля.

Полёты

Телескоп Archeops совершил несколько испытательных и 3 основных (научно-исследовательских) полёта с помощью стратостатов на высотах более 30 км в 1999—2002 годах. Чтобы уменьшить влияние излучения Солнца и атмосферы Земли научные полёты проводились зимой во время полярных ночей.

Первый запуск телескопа состоялся в провинции Трапани (Сицилия) 17 июля 1999 года, после 4-часового испытательного полёта телескоп приземлился в Испании. Все последующие запуски производились Национальным центром космических исследований Франции (CNES) на полигоне Эсрейндж, расположенном в окрестностях города Кируна на севере Швеции. Следующие 2 испытательных полёта состоялись 3 марта и 4 апреля 2000 года. Ещё один неудачный полёт был совершён 12 января 2001 года, однако из-за технических проблем был прерван над территорией Финляндии.

Первый полёт, в ходе которого были выполнены научные исследования, состоялся 29 января 2001 года. Телескоп провёл 7,5 часов на максимальной высоте 31,5 км и за это время осуществил наблюдения примерно 20% небесной сферы, после чего приземлился в районе Уральских гор. Следующий полёт состоялся 17 января 2002 года на высоте 34,5 км и был прерван из-за проблем со стратостатом, однако позволил собрать некоторые научные данные. Последний и наиболее продуктивный полёт состоялся 7—8 февраля 2002 года и длился 21,5 часа, из которых научные наблюдения проводились в течение 11,7 часа на высоте около 34 км. Всего было исследовано около 30% небесной сферы. В конце полёта стратостат с телескопом приземлился в Сибири около Норильска, где был подобран французско-российской группой участников проекта.

Аппаратура и метод наблюдений

Конструкция телескопа и его приёмной аппаратуры представляла собой прототип более позднего высокочастотного инструмента (HFI) космической обсерватории «Планк» и была основана на технологиях, разрабатывавшихся для HFI.

Телескоп сконструирован по схеме Грегори. Внеосевое параболическое главное зеркало телескопа диаметром 1,5 м было установлено под углом 41° к горизонту и с помощью эллиптического вторичного зеркала и рупорных облучателей направляло излучение к детекторам. Угловое разрешение телескопа составляло 15′, что позволяло измерять анизотропию реликтового излучения на малых угловых масштабах. Вся конструкция вращалась вокруг вертикальной оси, описывая полный круг, со скоростью 2 оборота в минуту. Вследствие вращения Земли данный круг также дрейфовал по небесной сфере, что позволяло осуществлять сканирование широкой области наблюдений, достигающей 30% небесной сферы, в течение примерно 12 часов полёта.

Регистрация излучения осуществлялась паутинными болометрами, которые охлаждались до температуры ~0,1 К с помощью криостата, содержащего жидкий гелий. Вспомогательная оптика и облучатели также охлаждались до низких температур, составляющих 0,1, 1,6 и 10 К. Болометры регистрировали излучение в 4 полосах частот со средними значениями 143, 217, 353 и 545 ГГц. Причём, измерения реликтового излучения проводились на частотах 143 и 217 ГГц, в то время как частоты 353 и 545 ГГц использовались для наблюдений радиоизлучения межзвёздной пыли Галактики и атмосферы Земли. При этом детектор с частотой 353 ГГц позволял измерять также поляризацию радиоволн. Весь инструмент был защищён от излучения Земли и самого стратостата крупными отражателями.

Результаты

Рис. 1. Карта анизотропии температуры реликтового излучения, построенная по данным, полученным во время последнего полёта телескопа Archeops (7—8 февраля 2002 года).

По результатам наблюдений телескопа Archeops была построена карта анизотропии реликтового излучения для участка небесной сферы с угловым разрешением 15′ (рис. 1) и построен угловой спектр мощности анизотропии в интервале мультиполей $l=15-350$ с чётко выраженным пиком при $l\approx 200$. Таким образом, полученные данные впервые (и раньше космической обсерватории WMAP) позволили связать крупномасштабную анизотропию реликтового излучения, ранее измеренную аппаратом COBE, с первым доплеровским (акустическим) пиком углового спектра мощности анизотропии. Также анализ данных показал, что трёхмерное пространство Вселенной обладает плоской геометрией (нулевой кривизной), т. е. параметр плотности Вселенной (отношение суммарной средней плотности энергии всех компонентов Вселенной к критической плотности) близок к единице ($\Omega =1$ с точностью 3%). Это подкрепляло инфляционные модели ранней Вселенной. В сочетании с дополнительными данными относительно значения постоянной Хаббла, результаты Archeops накладывали ограничения на параметры плотности тёмной энергии и барионного вещества Вселенной, находящиеся в хорошем согласии с другими, независимыми оценками (основанными на наблюдениях сверхновых звёзд Ia типа и сравнении теории первичного нуклеосинтеза с наблюдательными данными о распространённости лёгких химических элементов во Вселенной).

Кроме того, по данным Archeops удалось построить первые карты поляризации радиоизлучения межзвёздной пыли Галактики с разрешением в несколько угловых минут.

Литература

• Benoît, A. (2002). «Archeops: A high resolution, large sky coverage balloon experiment for mapping CMB anisotropies». Astroparticle Physics 17 (2): 101—124. DOI:10.1016/S0927-6505(01)00141-4. Bibcode: 2002APh....17..101B.

• Benoît, A. (2003). «The cosmic microwave background anisotropy power spectrum measured by Archeops». Astronomy and Astrophysics 399 (3): L19—L23. DOI:10.1051/0004-6361:20021850. Bibcode: 2003A&A...399L..19B.

• Benoît, A. (2003). «Cosmological constraints from Archeops». Astronomy and Astrophysics 399 (3): L25—L30. DOI:10.1051/0004-6361:20021722. Bibcode: 2003A&A...399L..25B.

• Benoît, A. (2004). «First detection of polarization of the submillimetre diffuse Galactic dust emission by Archeops». Astronomy and Astrophysics 424 (2): 571—582. DOI:10.1051/0004-6361:20040042. Bibcode: 2004A&A...424..571B.

• (2007) «Archeops in-flight performance, data processing, and map making». Astronomy and Astrophysics 467 (3): 1313—1344. DOI:10.1051/0004-6361:20065258. Bibcode: 2007A&A...467.1313M.

• Ponthieu, N. (2005). «Temperature and polarization angular power spectra of Galactic dust radiation at 353 GHz as measured by Archeops». Astronomy and Astrophysics 444 (1): 327—336. DOI:10.1051/0004-6361:20052715. Bibcode: 2005A&A...444..327P.

• Tristram, M. (2005). «The CMB temperature power spectrum from an improved analysis of the Archeops data». Astronomy and Astrophysics 436 (3): 785—797. DOI:10.1051/0004-6361:20042416. Bibcode: 2005A&A...436..785T.

Ссылки

• Archeops. – Дата обращения: 22.01.2025.
• Archeops Journal. – Дата обращения: 22.01.2025.
• Tristram M. Archeops: an instrument for present and future cosmology // arXiv:astro-ph/0309349. — Дата публикации: 12.09.2003.

Одним из источников, использованных при создании данной статьи, является статья из википроекта «Рувики» («ruwiki.ru») под названием «Archeops», расположенная по адресу: — «https://ru.ruwiki.ru/wiki/Archeops» Материал указанной статьи полностью или частично использован в Циклопедии по лицензии CC-BY-SA 4.0 и более поздних версий. Всем участникам Рувики предлагается прочитать материал «Почему Циклопедия?».