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宇宙的透明時代：再結合時期的奧秘是什麼？
在觀測宇宙中，宇宙微波背景輻射（CMB）是普遍可見的微波輻射，這種輻射填滿了整個可觀測的太空。普通光學望遠鏡所觀測到的星系與星星之間的背景空間幾乎完全黑暗，但如果使用足夠靈敏的無線電望遠鏡，我們能檢測到一種與任何星星、星系或其他物體無關的微弱背景光。這種微弱的光在電磁譜中的微波區域最為強烈。
1965年，美國的無線電天文學家阿諾·彭齊亞斯與羅伯特·威爾森的意外發現，意義重大，象徵著1940年代科學家們工作成果的終結。宇宙微波背景輻射的出現，成為大爆炸理論的里程碑證據。在大爆炸的宇宙模型中，早期的宇宙充滿了不透明的、密集的、炎熱的次原子粒子等離子體。隨著宇宙的擴張，這些 plasmas冷卻，質子和電子合併形成了大多數為氫的中性原子。這些原子無法通過湯姆森散射散射熱輻射，使得宇宙變得透明。
再結合紀元的這一去耦事件，釋放了光子來自由地穿越空間。然而，隨著宇宙的擴展，這些光子的能量因宇宙膨脹所引起的紅移而降低。
被稱為「最後散射的表面」，指的是在正確的距離範圍內，光子可被接收，這些光子最初是於去耦之時發射的。儘管宇宙微波背景輻射大致是均勻的，它卻並不完全光滑，顯示出微弱的各向異性。地面和太空實驗如COBE、WMAP和普朗克，已被用來測量這些溫度不均勻性。
各向異性的結構由在去耦點的物質與光子之間的各種相互作用所決定，形成了一種特徵性的凹凸模式，隨著角度尺度而變化。
CMB的各向異性的分佈具有網格頻率成分，這些成分可以用功率譜來表示，顯示出一系列的峰值和谷值。這個頻譜的峰值承載著關於早期宇宙物理特性的關鍵信息：第一個峰值決定了宇宙的整體曲率，而第二和第三個峰值詳細說明了正常物質和所謂的暗物質的密度。
對於從CMB數據中提取細節可能是具有挑戰性的，因為輻射經歷了前景特徵（例如星系團）所造成的改變。
宇宙微波背景的特徵
宇宙微波背景輻射作為來自所有方向的黑體熱能的均勻發射，其強度以開爾文（K）表示。CMB的熱黑體光譜在溫度為2.72548±0.00057 K時最為明確。強度的變化被表達為溫度的變化，而黑體溫度可以唯一描述所有波長的輻射強度，任何波長下的測量亮度溫度都可以轉換為黑體溫度。
CMB的輻射在天空中是非常均勻的，與星星或星系中的星塊相比幾乎沒有結構。其輻射在各方向上的各向同性大約為1/25,000。
儘管CMB的各向異性程度極小，但許多方面都能進行高精度測量，這些測量對於宇宙學理論至關重要。除了溫度各向異性外，CMB應該具有偏振的角度變化。天空中每個方向的偏振方向用E模式和B模式偏振來描述。E模式信號的強度比溫度各向異性小10倍，它作為溫度數據的補充，相互之間是相關的。
B模式信號更弱，但可能包含額外的宇宙數據，各向異性的起源也與偏振的物理性相關。
CMB同樣預計會在頻譜中顯示出微小的偏離黑體法則的光譜失真。這也是當前活躍的研究重點之一，研究人員希望在未來幾十年內首次測量到它們，因為它們埋藏著有關原始宇宙和晚期結構形成的豐富信息。
根據Chuck in Hubble's V4 Given 400 to 1的尺寸比，CMB所含的光子是宇宙中大多數的光子，其數量密度是宇宙中物質密度的十億倍。這意味著，如果沒有宇宙的擴展來使CMB冷卻，夜空將像太陽一樣明亮。
從歷史的角度看
宇宙微波背景的存在被早期的學者預測和探索。1931年，喬治·勒梅特就曾推測早期宇宙的剩餘物可以以輻射的形式觀察到；而到了1948年，拉爾夫·阿爾費爾和羅伯特·赫爾曼進一步預測了宇宙微波背景的存在，并估算其溫度約為5開爾文，雖然略有偏差，但理論基礎已然形成。
宇宙微波背景的首次肯定檢測發生在1964年，來自普林斯頓大學的科學家開始為測量宇宙微波背景而建造儀器，隨後在1964年，阿諾·彭齊亞斯和羅伯特·威爾森在貝爾實驗室意外發現了微波背景的存在。
在1965年，這一發現不僅顯示了微波背景的存在，也成為了宇宙學領域的重大突破，證實了大爆炸模型。
隨著技術的發展，诸如COBE、WMAP和普朗克等探測器不斷深入研究宇宙微波背景，為我們理解宇宙的形成與演化提供了堅實的證據和理論指導。
當今，關於宇宙微波背景的研究依然在繼續，科學家們對於這些早期宇宙的資訊探索熱情不減，那麼，您認為宇宙微波背景究竟隱藏著哪些尚未解開的奧秘呢？
