宇宙背景放射の受信

Question

宇宙の背景放射はwikiには「3Kの黒体放射によく一致している」とあります。
3Kというのは温度ですよね？　絶対温度で３度、摂氏－270度ということで良いでしょうか？
この電波を受信するためには受信機は3K以下、つまり絶対温度で1度ぐらいに冷却しておかねば受信不能という解釈で良いでしょうか？　
電波天文学に詳しい方、よろしくお願いします。

yos1912 · Accepted Answer

写真を見てわかるだろうということで何も書かなかったのですが。見て気のついたことをいくつか。２３ページの右側に展示解説の一部が写っています。読めれば詳しいことがわかったのかも(ドイツ語なので解読できませんが)。

装置の中で、液体ヘリウムで冷やしていたのは較正装置と書かれている部分だけです。銀色の容器は、液体ヘリウムの入っている大きな魔法瓶のようなものだと思います。その中に較正装置が入っているのかと。魔法瓶は他にはありませんから、これ以外のパーツは冷やしていないでしょう(じっくり考えてみたら５Ｋまで冷やせば空気は凍ってしまいます　装置全体を冷やすのは不可能です)。

較正装置が何をするものなのかについては不案内です(何故冷やさないといけないかについても)。すみません。ここに受信機(電磁波を電気信号に変化する部分)は含まれているのかどうかも。
　記録装置の後にある四角錐の形をしたものが、ホーンアンテナの一部のようです。そこから水平に導波管が伸びています。受信機があるとしたらこの先のような気がしますがどうでしょうか。Ｔ字型に枝分かれした先に電波を誘導して較正装置のある所で信号変換ができるのかどうか。

ここまでが限界です。少なくともはっきりしているのは、１Ｋでなくてもよいということと冷やすのは受信装置全体の中の一部分だけでできたということです。

yos1912 · Answer

その後いろいろ探していたら、ドイツ博物館に実際に使われた受信機が置かれているというのがわかりました。
それの写真と説明が以下のページに載っています。２２ページから２５ページです。
https://wwwmpa.mpa-garching.mpg.de/~komatsu/presentation/ipmu_lecture2013_cmb.pdf

yos1912 · Answer

電波天文学については素人レベルですが、思っていることを書かせてください。正確な回答になっていますかどうか。

背景放射が測定された経緯についてはこちらの方が詳しいと思います。
https://wwwmpa.mpa-garching.mpg.de/~komatsu/media-coverage/hoshinavi_2018jan.pdf

常温で受信ができたとしても、他のノイズとの区別は困難な気がします。
　ノイズとして２番目に書かれている観測機器がだすものは、ホーン(パラボラでも)による黒体放射が原因と思われます。温度を下げれば減らすことができます。赤外線衛星｢あかり｣では、液体ヘリウムで冷却して観測しています。赤外線の場合はある程度まで下げると放射が０になります。
　背景放射測定衛星｢ＣＯＢＥ｣も同様ですが、これで冷却できるのは－２７０℃程度までで１Ｋまでは下げていないと思われます。ノイズレベルを想定してそこから、背景放射の強さを測定したものだと思われます。１Ｋでもウィーンの変位則によると最強放出電磁波の波長が３mmですから、３Ｋまで冷やしたときと比べてもノイズとなるマイクロ波はそれほど除去できないのではないでしょうか。

yhr2 · Answer

No.1 です。「補足」に書かれたことについて。

＞どの部分が冗談なんですか？

失礼いたしました。
宇宙マイクロ波背景放射について十分ご存じの方とお見受けしてのジョークだったのですが・・・。

#2 さんが書かれているのように、この「宇宙背景放射」は、ベル研究所で電波天文学のための高精度マイクロ波アンテナの研究を行っていたアーノ（アルノ）・ペンジアスとロバート・ウィルソンが、どうしても除去できない「雑音」として発見したものですから、当然常温で検出できます。
（２人はこの発見でノーベル賞を受賞しています）
↓
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%AE%87%E5%AE%99%E3%83%9E%E3%82%A4%E3%82%AF%E3%83%AD%E6%B3%A2%E8%83%8C%E6%99%AF%E6%94%BE%E5%B0%84
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%A2%E3%83%BC%E3%83%8E%E3%83%BB%E3%83%9A%E3%83%B3%E3%82%B8%E3%82%A2%E3%82%B9
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%AD%E3%83%90%E3%83%BC%E3%83%88%E3%83%BB%E3%82%A6%E3%83%83%E3%83%89%E3%83%AD%E3%82%A6%E3%83%BB%E3%82%A6%E3%82%A3%E3%83%AB%E3%82%BD%E3%83%B3

また、当然のことながら、人間の「検出・測定技術」とは関係なく自然界に存在するものです。

そういうことをご承知の上で書かれているものと思いました。
気に障られたようでしたら申し訳ありませんでした。

head1192 · Answer

＞絶対温度で３度、摂氏－270度ということで良いでしょうか？
そういうことでよろしいよ。
かつて火の玉だった宇宙が膨張によって冷え、現在の３度になった。
その温度に対応した放射が宇宙背景放射なのだ。

＞絶対温度で1度ぐらいに冷却しておかねば受信不能という解釈で良いでしょうか？
そんなことはないよ。
宇宙背景放射は電磁波だ。
電磁波を検知するのに温度は関係ない。
現にテレビのアナログ波では宇宙背景放射が「砂の嵐」として映る。
アルノもロバートも、背景放射を発見したとき別にアンテナを冷やしていなかった。
彼らは背景放射を見つけようとして観測していたのではなかったからだ。

ただ、たとえばボイジャーはアンテナの温度管理を厳密に行った。
ボイジャーはとても遠方にある。
温度でアンテナがゆがむと地球に有効な電波が届かない。
温度によるバンド帯のわずかなずれも命取りになる。
地球とのか細い糸だったのである。

yhr2 · Answer

＞この電波を受信するためには受信機は3K以下、つまり絶対温度で1度ぐらいに冷却しておかねば受信不能という解釈で良いでしょうか？

なかなか面白い冗談ですね！　座布団3枚！

「黒体」「黒体輻射（または黒体放射）」を勉強してください。
↓
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%BB%92%E4%BD%93

宇宙背景放射の受信

写真を見てわかるだろうということで何も書かなかったのですが。

その後いろいろ探していたら、ドイツ博物館に実際に使われた受信機が置かれているというのがわかりました。

電波天文学については素人レベルですが、思っていることを書かせてください。

No.1 です。

＞絶対温度で３度、摂氏－270度ということで良いでしょうか？

＞この電波を受信するためには受信機は3K以下、つまり絶対温度で1度ぐらいに冷却しておかねば受信不能という解釈で良いでしょうか？

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