宇宙背景探測者（COBE），也稱為探險家66號 ，是建造來探索宇宙論的第一顆衛星。他的目的是調查宇宙間的宇宙微波背景輻射（CMB），而測量和提供的結果將可以協助提供我們了解宇宙的形狀，這工作也將可以鞏固宇宙的大霹靂理論。根據諾貝爾獎委員會的看法：「宇宙背景探測的計畫可以視為宇宙論成為精密科學的起點。」
這個計劃的兩位主要研究員，乔治·斯穆特和约翰·马瑟在2006年獲得諾貝爾物理獎。
歷史
在1974年，美國國家航空暨太空總署（NASA）公告了一個讓天文學家參與的中小型探險家計畫。由外界獲得了121個提案，其中有三個是研究宇宙微波背景輻射的。雖然這些案子未能被紅外線天文衛星（IRAS）所接受，但這三個提案已經很清楚的傳達給美國國家航空暨太空總署一個訊息。在1976年，美國國家航空暨太空總署集合1974年這三個提案團隊，重新提出一枚聯合概念的衛星計畫。一年後，這個新團隊提出可以由太空梭或戴爾他火箭發射的繞極衛星，並稱之為宇宙背景探測者。他將攜帶下列的儀器升空：
- 微差微波輻射計（DMR）–一個測量微波的儀器，能夠描繪出宇宙微波背景輻射微小變動（各向異性）。（主要研究員為乔治·斯穆特。）
- 遠紅外線游離光譜儀（FIRAS）–一個分光光度計，用來測量宇宙微波背景輻射。（主要研究員為约翰·马瑟。）
- 漫射紅外線背景實驗（DIRBE）–一個多波長紅外線探測器，用來測量塵粒發射的圖譜。（主要研究員為麥克侯斯。）
美國國家航空暨太空總署在排除了發射和數據分析的費用後，在經費不超過三千萬的條件下接受了這個提案。但由於探險家計畫下的紅外線天文衛星經費超支，使得戈達德太空飛行中心遲至1981年才開始宇宙背景探測者建造的工作。為了節省經費，宇宙背景探測者使用與紅外線天文衛星相似的紅外線探測器和液態氦杜瓦瓶。
宇宙背景探測者起初計畫在1988年由太空梭發射，但是STS-51挑戰者的爆炸導致太空梭停飛，而使計畫被延擱。美國國家航空暨太空總署保留了宇宙背景探測者的工程師尋求其他的太空中心來發射宇宙背景探測者。最後，重新設計的宇宙背景探測者在1989年11月18日由戴爾他火箭發射進入太陽同步軌道。在1992年4月23日，一個美國的科學團隊宣布，它們從宇宙背景探測者的數據中發現了原始的種子：宇宙微波背景輻射的各向異性。這項基礎科學上的發現在世界各地的報導，包括紐約時報，都佔上了頭版頭條。
2006年，服務於美國國家航空暨太空總署位於麻州綠堤戈達德太空飛行中心的约翰·马瑟，和加州柏克萊加州大學的乔治·斯穆特共同獲得了諾貝爾物理獎，以表彰他們在宇宙微波背景輻射的黑體形式和各向異性上的發現。
太空船
這是一枚探險家類型的衛星，大量沿用了紅外線天文衛星的技術，但也有本身獨特的特徵。
由於需要控制與測量所有來源和系統的誤差，所以在設計上必須十分嚴謹和完整。宇宙背景探測者至少必須工作6個月，並且要抑制大量來自地面的無線電干擾，還有來自其他衛星，以及地球、月球和太陽的輻射。儀器還需要維持穩定的溫度和保持增益，還要高度的潔淨以減少來自微塵的散射光和熱發散。
在測量宇宙微波背景的各向異性現象時，還需要以每分鐘0.8轉的速率旋轉，以控制系統誤差，與測量在各種不同距角下的黃道塵。
宇宙微波背景輻射各向異性的本質
微差微波輻射計（DMR）是唯一不需要杜瓦瓶供應的氦來冷卻的儀器，所以能耗費四年的時間繪製出宇宙微波背景輻射的各向異性圖。通做減除來自銀河的輻射和各種頻率偶極變化的操作，宇宙微波背景的波動是非常微弱的，相較於平均溫度2.73K的輻射只有十萬分之一的變動。宇宙微波背景輻射是大霹靂的殘餘，並且波動是早期宇宙密度差異留存的記錄。密度的漣漪造成今日所見的結構型態：在星系團之間是廣大的空間，其中沒有星系的存在（NASA）。
發現早期的星系
漫射紅外線背景實驗（DIRBE）在紅外線天文衛星未曾探勘的區域內新發現了10個輻射遠紅外線的星系，還有9個可能是螺旋星系的微弱遠紅外線星系。
這些星系是在140和240微米的波長偵測到的。這是偵測非常冷塵埃（VCD）的波段，在這些波長上可以得到非常冷塵埃的溫度和質量。
當這些資料加入了紅外線天文衛星的60和100微米的資料後，發現這些遠紅外線的光輝與冷塵埃（約17-22 K）和擴散的氫游離區（HⅡ區）捲雲有關，15至30%來自冷塵埃（約19 K）和分子氣體的組合，少於10%來自較溫暖的塵埃（約29 K）和擴散的低密度氫游離區。
宇宙背景探測者的其他貢獻
除了上述發現星系的研究，漫射紅外線背景實驗（DIRBE）在科學上還有兩項意義重大的貢獻。
漫射紅外線背景實驗的第二個貢獻是從我們的位置看見的銀河盤模型。依據這個模型，我們的太陽距離銀河核心8,600秒差距，並在盤面的中心平面上方15.6秒差距之處；在徑向和垂直方向上各自有2.64和0.333千秒差距的長度相對於氫原子（HⅠ）層的翹曲。也沒有徵兆顯示盤面是厚實的。
要創造出這個模型，必須先從漫射紅外線背景實驗的數據中減除行星際塵埃。早先從地球上看見了黃道光，認為這些雲氣在距離數百萬公里之外，並未以太陽為中心，而認為是由木星和土星的萬有引力造成的。
經由查驗遠紅外線游離光譜儀（FIRAS）和漫射紅外線背景實驗（DIRBE）從140至5,000微米的結果，我們能發現河外背景光（EBL）的強度大約是16 nW/(m2·sr)，這與在核合成期間散佈的能量一致，並且構成在宇宙歷史上形成氦和重金屬時，散佈的總能量的20%-50%。只歸咎於核來源，這種強度暗示超過5-15%的重子在大霹靂時已經經由核合成的程序隱含成為恆星的氦和重元素。
在恆星形成中也有其他的重大涵義。宇宙微波背景輻射的觀測證實宇宙在恆星形成的速率上有著重大的限制，並且能協助我們計算在恆星形成歷史上各時期的河外背景光（EBL）光譜。宇宙微波背景輻射的觀測認為在紅移z ≈ 1.5時期的恆星形成率，高於在紫外線波段觀察到，推斷為紅移z ≈ 2.0的時期。這些超量的恆星能量必然是大質量恆星在迄今尚未發現的，被塵埃包覆在內的星系或極端混濁的塵埃區域之內。恆星形成的確實歷史不可能由宇宙微波背景輻射的觀測毫不含糊的獲得證實，因此必須在將來做進一步的觀測。
在2001年6月30日，美國國家航空暨太空總署發射了宇宙背景探測者的微差微波輻射計（DMR）的主要研究員查爾斯L貝內特後續研發的威尔金森微波各向异性探测器。威尔金森微波各向异性探测器澄清並且擴展了在宇宙背景探測者上所獲得的成就。
相關條目
- RELIKT-1 - 前蘇聯在1983年的宇宙微波背景輻射異向性實驗。
- 普朗克卫星
- 威尔金森微波各向异性探测器(WMAP)
參考資料
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針對一般公眾的文本
- Wrinkles in Time by George Smoot and Keay Davidson, Harper Perennial, Reprint edition（October 1, 1994）ISBN 978-0-380-72044-6
- The Very First Light: The True Inside Story of the Scientific Journey Back to the Dawn of the Universe, by John C. Mather and John Boslough, Basic Books edition（November 1998）ISBN 978-0-465-01576-4
外部連結
- [http://lambda.gsfc.nasa.gov/product/cobe/ NASA's website on COBE]
- [http://xkcd.com/c54.html Comic reflecting the COBE mission] from xkcd
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