WMAP

WMAP (lühend nimetusest Wilkinson Microwave Anisotropy Probe; varem MAP) on aastal 2001 üles lennutatud NASA kosmoseaparaat kosmilise mikrolaine-taustkiirguse uurimiseks. Selle ülesanne oli kaardistada taustkiirguse üliväikesed temperatuurierinevused, et aidata kontrollida Universumi kosmoloogilisi teooriaid.

Projekti juht oli Charles L. Bennett Johns Hopkinsi Ülikoolist. Töö toimus NASA Goddardi Kosmoselendude Keskuse ja Princetoni Ülikooli koostöös. Osalesid ka Browni Ülikooli, Briti Columbia Ülikooli, Chicago Ülikooli ja California Ülikooli (Los Angeles) teadlased.

11. veebruaril 2003 avaldas NASA pressiteate Universumi vanuse ja koostise kohta. Sellega oli kaasas Universumi senine parim "beebipilt" (Universum on "pildistatud" 380 000 aasta vanusena; vaata kõrvalolevat pilti). NASA hinnangul oli sellel sääraseid hämmastavaid üksikasju, et seda võis pidada viimaste aastate üheks kõige tähtsamaks teaduslikuks tulemuseks. Uued andmed leiti olevat kooskõlas varasemate taustkiirguse mõõtmistega ja kõige populaarsemate ΛCDM-mudelitega.

Ajakiri Science kuulutas WMAP-i 2003. aasta läbimurdeks. Selle andmetest saadud uurimistulemused olid ajakirja Science 2003. aasta "ülikuumad artiklid" nr 1 ja 2.

Kolme aasta andmed avalikustati 17. märtsi keskpäeval 2006. Need sisaldasid taustkiirguse temperatuuri ja polarisatsiooni mõõtmise tulemusi, mis andsid uue kinnituse standardsele ΛCDM-mudelile ning uusi tõendeid inflatsioonilise universumi kasuks.

Nimi ja ülesanne 
"MAP" tähendab "Microwave Anisotropy Probe" ('mikrolaineteanisotroopsuse sond'). Selle ülesanne oli kosmilise taustkiirguse ebaühtluse uurimine. Kuna kiirguse kohta pidi valmistatama kaart, mis tõttu lühend "MAP" oli sobiv (map on inglise keeles 'kaart'). Detsembris 2002 anti kosmoseaparaadile nimeks "WMAP". Täht W tähistab füüsik David Todd Wilkinson (1935–2002), kes oli üks taustkiirguse uurimise pioneere. 
 
WMAP-i eelkäija oli Maa tehiskaaslane COBE, mis uuris taustkiirgust juba 1989–1992 Maa-lähedaselt orbiidilt. WMAP pidi valmistama 20 korda parema lahutusvõimega kaardi. WMAP-i instrumendid suudavad mõõta 20 miljondiku kraadiseid temperatuurierinevusi. WMAP-ile valiti ka uus vaatluspunkt: Päikese-Maa Lagrange'i punkt L2, mis asub Maast 1,5 miljoni km kaugusel. Seda 840 kg raskust kosmoseaparaati nimetatakse Exploreri programmi raames Explorer 79. Ta kuulub seeriasse MIDEX.

Alates 2009. aastast hakkas taustkiirgust mõõtma Euroopa Kosmoseagentuuri kosmoseaparaat Planck veel kolm korda suurema lahutusvõimega.

Mõõtmised ja mõõteriistad
Kosmilise mikrolaine-taustkiirguse temperatuuri tuleb mõõta täpselt üle kogu taeva kõrge nurklahutuse ja tundlikkusega. Aparatuuri kavandamisel peeti eelkõige silmas lõppkaartide süstemaatiliste vigade minimeerimist. WMAP pidi kaardistama taustkiirguse suhtelist temperatuuri üle kogu taeva nurklahutusega vähemalt 0,3° ja tundlikkusega 20 µK 0,3° ruutpiksli kohta. Süstemaatilised vead ei tohtinud ületada 5 µK piksli kohta.

WMAP kasutas diferentsiaalseid mikrolaineradiomeetreid, mis mõõtsid temperatuurierinevusi kahe taevapunkti vahel.

WMAP skaneeris taevast nii, et ta kattis iga päev umbes 30% taevast. Et Lagrange'i L2 punkt käib Maaga ümber Päikese kaasas, siis vaatles WMAP iga kuue kuu jooksul kogu taevast. Et hõlpsamini kõrvale jätta meie Galaktikast ning teistest allikatest tulevaid ja taustkiirguse mõõtmisi segavaid signaale, kasutas WMAP viit sagedusriba vahemikus 22...90 GHz.

Asukoht ja selle eelised

WMAP tiirleb ümber Päikese-Maa Lagrange'i punkti L2, mis asub Maast 1,5 miljoni km kaugusel. See punkt asub Päikest ja Maad ühendaval joonel Maale lähemal kui Päikesele. Selles punktis on Maa gravitatsioonijõud võrdne tsentripetaaljõuga, mis on vajalik, et taevakeha tiirleks oma orbiidil ümber Päikese sama tiirlemisperioodiga nagu Maa. Selle tõttu seisaks taevakeha seal Päikese ja Maa suhtes paigal. Päikese gravitatsioonivälja tugevus on seal 2% (118 µm/s²) võrra väiksem kui Maal (5,9 mm/s²); nõutava tsentripetaaljõu kasv on pool sellest vahest (59 µm/s²). Mõlema efekti summat tasakaalustab Maa gravitatsioonivälja tugevus, mis on samuti 177 µm/s².

Seal on vaatlusteks eriti stabiilne keskkond, sest kosmoseaparaat on alati oma varjukiga Päikese, Maa ja Kuu (soojus)kiirguse eest kaitstud, vaadeldes takistamatult süvakosmost.

Lennu kulg

WMAP lennutati üles 30. juunil 2001 kell 15.46 Põhja-Ameerika idaaja suveaja järgi Canaverali Neeme Õhujõudude Jaamast kanderaketil Delta II.

Orbiidile ümber Langrange'i L2 punkti jõudis ta 1. oktoobril 2001.

Tulemused
Aparaat on saanud varasematest täpsemaid kosmoloogiliste parameetrite mõõtmisandmeid. Kuigi ta kogub ikka veel andmeid, on uurijad saadud andmeid juba olemasolevatest teoreetilistest mudelitest lähtudes tõlgendanud.

Universumi koostis
Universumi koostiseks saadi 4% tavalist ainet (barüonainet), 23% tumeainet, mis ei kiirga ega neela valgust, ja 73% saladuslikku tumeenergiat, mis kiirendab Universumi paisumist.

Universumi geomeetria
Universumil paistab olevat lame eukleidiline geomeetria (lame Universum).

Universumi paisumine
Universumi paisumine kestab tumeenergia suure panuse tõttu igavesti.

Universumi vanus
Universumi vanus hinnatakse 13,7 miljardile aastale. Mõõtmisviga jääb 1% piiresse, nii et hinnang on väga täpne.

Esimesed tähed
Esimesed tähed olid Universumis juba 200 miljonit aastat pärast Suurt Pauku (umbes 13,5 miljardit aastat tagasi). See oli üllatav tulemus, sest paljud uurijad olid arvanud, et tähed tekkisid palju hiljem.

Hubble'i konstant
Hubble'i konstant H0 = 70,1 ± 1,3 (km/s)/Mpc.

Kosmoloogiateooriate kinnitus
Andmed kinnitavad Suure Paugu ja inflatsioonilise universumi teooriat. Polarisatsiooni mõõtmised kinnitavad inflatsioonilise universumi lihtsaimat versiooni. Mis puudutab inflatsioonilist universumit, siis kvadrupoolmomendi suurima nurkmõõtme osas esineb seletamatu anomaalia.

Vaata ka
Suur Pauk

Viited

Välislingid

WMAP-i koduleht (inglise keeles)
NASA pressiteade Universumi vanuse ja koostise kohta (inglise keeles)
Originaalartikkel määratud kosmoloogiliste parameetrite kohta (PDF, inglise keeles)
Resümee (inglise keeles)

Tehiskaaslased
Kosmoloogia
NASA kosmosesondid
2001