Der Mikrowellenhintergrund und die Planck-Mission
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Der Mikrowellenhintergrund und die Planck-Mission |
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Das Universum entsprang einem sehr heißen und dichten Zustand, der
als "Urknall" bezeichnet wird. Es dehnte sich aus und kühlte sich
dabei ab. Als es etwa 300000 Jahre nach dem Urknall eine
Temperatur von etwa 3000 K erreicht hatte, konnten sich Elektronen
und Atomkerne zu Atomen verbinden. Das Universum wurde fast
schlagartig durchsichtig. Das Licht, das mit dem Urknall
entstanden war, konnte sich seitdem fast ungehindert im Weltall
ausbreiten. Wegen der Ausdehnung des Universums verschob sich die
Wellenlänge des Lichts bis heute in den Mikrowellenbereich um etwa
einen Millimeter Wellenlänge. Dieses Licht strahlt fast
gleichmäßig aus allen Richtungen als Kosmischer
Mikrowellenhintergrund auf uns ein. Der Mikrowellenhintergrund (Cosmic Microwave Background, CMB) ist nicht ganz gleichförmig. Ihm wurden durch die Keime der heutigen Strukturen im Universum winzige Schwankungen aufgeprägt. Diese Schwankungen wurden zuerst durch den amerikanischen COBE-Satelliten (unten) entdeckt.
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| COBEs Winkelauflösung war recht grob, denn er konnte nur Strukturen sehen, die am Himmel mehr als 7 Grad groß sind. Der Mikrowellenhintergrund sollte aber noch viel kleinere Strukturen zeigen. Die beiden Karten verdeutlichen anhand einer Simulationsrechnung, wie der CMB bei Winkelauflösungen von 7 Grad (links) bzw. 30 Bogenminuten (rechts) aussehen sollte. | |
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| Für die Kosmologie ist es von größtem Interesse, gerade die kleinen Strukturen im Mikrowellenhintergrund genau zu vermessen. Das kommt daher, dass sich aus ihnen praktisch alle wichtigen Größen bestimmen lassen, die die Eigenschaften des Universums im Großen beschreiben. Dazu gehören die mittlere Materiedichte, die Hubble-Konstante, die kosmologische Konstante, die Häufigkeit der Baryonen (d.h. der Kernbausteine) und etliche mehr. | |
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Das Bild links zeigt schematisch, wie Strukturen im CMB beschrieben werden können. Die waagrechte Achse gibt die Winkelgröße der Strukturen so an, dass kleine Strukturen rechts und große links zu finden sind. Die senkrechte Achse gibt an, wie groß die typische Amplitude der Fluktuationen gegebener Größe sind. Diese Amplitude wird in millionstel Grad (Mikrokelvin) angegeben. Die beiden Kurven zeigen ein sehr charakteristisches Aussehen, indem auf einen flachen Verlauf links Maxima und Minima folgen, deren Höhe nach rechts deutlich abnimmt. Die beiden Kurven wurden für verschiedene kosmische Materiedichte gerechnet. Sie verdeutlichen, dass die Strukturen im CMB empfindlich von den kosmologischen Parametern abhängen. |
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Der Planck-Satellit
(rechts ein Modell) ist die dritte Medium-Sized Mission
im wissenschaftlichen Horizon-2000-Programm der ESA
(European Space Agency). Nach seinem Start im Jahr 2007
wird Planck Karten des gesamten Himmels in neun
Frequenzbändern im Mikrowellenbereich zwischen 30 und 857 GHz
erzeugen. Das primäre Ziel der Planck-Mission ist es, den
CMB mit einer Winkelauflösung von 5-10 Bogenminuten und einer
Empfindlichkeit von einem Millionstel Grad abzubilden, so dass aus
seinen Strukturen alle wesentlichen kosmologischen Parameter mit
hoher Genauigkeit bestimmt werden können. Außerdem wird
Planck das inflationäre Modell des Universums testen und
eine Fülle von Informationen über andere Quellen von
Mikrowellenstrahlung im Universum liefern. Planck wird die Kosmologie revolutionieren. Die Mission ist für Jahrzehnte das wichtigste kosmologische Experiment. Planck wird unter Leitung der ESA von einem Konsortium europäischer und nordamerikanischer Institute geplant, entwickelt und gebaut. Deutschland ist in diesem Konsortium durch das MPA vertreten. Neben weiteren Aufgaben wird am MPA das Archiv für alle endgültigen Datenprodukte der Planck-Mission aufgebaut. Eine Gruppe von Programmierern und Wissenschaftlern widmet sich dem Planck-Projekt am MPA, wobei sie von der Max-Planck-Gesellschaft und dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) erheblich unterstützt wird. |
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