Veröffentlichtes 3D-Modell der Reliktstrahlung des Universums zum Druck

Sie sind sich nicht sicher, wie Sie Ihren Desktop dekorieren sollen? Wie gefällt Ihnen diese Option: eine kleine Kopie des frühen Universums. Die Reliktstrahlungskugel - die Mikrowellen-Hintergrundstrahlung, die das Universum füllt, das während der Ära der primären Wasserstoffrekombination entstand.

Dies ist nicht nur ein schönes Souvenir, sondern ein wissenschaftlich verifiziertes Modell, das nach dem Planck- Weltraumobservatorium zusammengestellt wurde . Es kann als Studienführer verwendet werden. Neben der kosmologischen Rotverschiebung wird Reliktstrahlung als eine der Hauptbestätigungen der Urknalltheorie angesehen.

Nach der Urknalltheorie war das frühe Universum ein heißes Plasma aus Elektronen, Protonen und Photonen. In diesem Plasma wurden ständig Photonen emittiert, mit anderen Partikeln kollidiert und absorbiert. Als sich das Universum ausdehnte, kühlte das Plasma aufgrund der kosmologischen Rotverschiebung ab, so dass sich die verlangsamten Elektronen zu einem bestimmten Zeitpunkt mit den verlangsamten Protonen zu verbinden begannen und die ersten Atome im Universum bildeten (dieser Prozess wird als primäre Rekombination von Wasserstoff bezeichnet). Dies geschah ungefähr 380.000 Jahre nach dem Urknall bei einer Plasmatemperatur von ungefähr 3.000 ° K.

Seit dieser Zeit konnten sich einige Photonen im Raum frei bewegen, praktisch ohne mit Materie zu interagieren. Reliktstrahlung - jene alten Photonen, die das Plasma des frühen Universums nach dem Urknall in Richtung des zukünftigen Ortes der Erde emittierten. Nach 13,8 Milliarden Jahren kommen immer noch Photonen zu uns, weil die Expansion des Universums noch andauert.

Jetzt beträgt die Strahlungstemperatur etwa 2,7 ° K. Es kommt von allen Seiten fast gleichmäßig.

Das beobachtete Universum in der Brechung durch Reliktstrahlung wird als Oberfläche der letzten Streuung bezeichnet. Dies ist das am weitesten entfernte Objekt, das wir beobachten können.

Ein interessantes Phänomen der Reliktstrahlung ist ihre Anisotropie, dh Heterogenität. Im März 2013 veröffentlichten Spezialisten der Europäischen Weltraumorganisation die detaillierteste Reliktstrahlungskarte, die seit 2009 aus der Datenerfassung des Planck-Weltraumobservatoriums zusammengestellt wurde.



Auf dieser Karte sind zwei seltsame Phänomene deutlich zu erkennen. Die erste ist die Änderung der Temperaturamplitude in den beiden Hälften des Universums.


Änderung der Temperaturamplitude in zwei Hälften des Universums Das

zweite Phänomen ist ein ungewöhnlich großer kalter Fleck, der auf der Karte deutlich sichtbar ist. Zuvor glaubten Experten, dass dies ein Messfehler war. Das Planck-Observatorium lieferte jedoch genauere Informationen und bestätigte den Effekt.


Vergleich der Auflösung astronomischer Satelliten, die Reliktstrahlung aufzeichnen

Nach Ansicht von Wissenschaftlern ist die Ungleichmäßigkeit der Reliktstrahlung - Temperaturschwankungen - auf Plasmaoszillationen im winzigen frühen Universum kurz nach dem Urknall zurückzuführen.

Traditionell werden Temperaturschwankungen durch Bereiche unterschiedlicher Farben angezeigt. Zum Beispiel sind die heißesten Bereiche rot und die kältesten blau. Diese Bereiche werden unter Verwendung einer stereografischen Standardprojektion auf eine flache Karte projiziert . Es gab Versuche, Computer-3D-Modelle der CMB-Kugel zu erstellen, die der Benutzer drehen und auf dem Bildschirm anzeigen konnte. In diesem Fall wurden jedoch Informationen über die Anisotropie nach demselben visuellen Prinzip über die Farbskala übertragen.

Absolventen des Fachbereichs Physik am Imperial College London haben eine neue Methode zur Visualisierung mithilfe des 3D-Drucks vorgeschlagen . Auf der von ihnen entworfenen Reliktstrahlungskugel sind Bereiche unterschiedlicher Temperaturen nicht nur visuell, sondern auch taktil zu spüren. Ihrer Meinung nach hat das tragbare Gebiet der CMB, das in die Hand genommen werden kann, eine Reihe von Vorteilen in der pädagogischen und wissenschaftlichen Arbeit und ist besonders nützlich für Menschen mit Sehbehinderungen.

Zuvor wurde der 3D-Druck bereits zur Visualisierung mathematischer Funktionen und der Ergebnisse der Modellierung komplexer Systeme verwendet .


Das Penrose-Dreieck ist eine der unmöglichen Figuren, die Knill und Slavkovsky auf einem 3D-Drucker zu drucken versuchten, den Autoren der wissenschaftlichen Arbeit „ Mathematische Illustration mit 3D-Druckern“.»

CMB ist ein weiteres Beispiel für die nützliche Anwendung des 3D-Drucks für wissenschaftliche Zwecke. Um die wissenschaftlichen Daten des Planck Space Observatory in das STL-Format umzuwandeln, verwendeten junge britische Wissenschaftler die Programme MeshLab, Cura, Blender !, Netfabb und andere.

Die wissenschaftliche Arbeit veröffentlicht in der Zeitschrift von European Journal of Physics (: 10,1088 / 0143-0807 / 38/1 / 015.601 doi).

Dateien zum Drucken werden separat auf einem wissenschaftlichen Hosting Zenodo ausgelegt.

128_scaled.stl - STL-Datei zum Drucken der Schwarzweißversion (die Forscher verwendeten den Ultimaker-Drucker).
cmbhollow.wrl - VRML-Datei zum Färben des Produkts in ZPrinter.



Eine ähnliche Methode eignet sich zur Visualisierung anderer wissenschaftlicher Daten, einschließlich der Ergebnisse astronomischer Beobachtungen. Zum Beispiel zum Drucken topografischer Karten von Planeten, Oberflächenmodellen und der inneren Struktur von Sternen, Verteilung von Sternen in Galaxien, Verteilung von Materie in einem maßstabsgetreuen Modell des Universums. In gewissem Sinne kann diese Arbeit als erstes konzeptionelles Modell für eine große Anzahl potenzieller Anwendungsfälle betrachtet werden.

Source: https://habr.com/ru/post/de398627/