![](https://habrastorage.org/getpro/geektimes/post_images/85e/2c6/e10/85e2c6e10a33584e219d83d1e31741ce.jpg)
Не знаете, чем украсить рабочий стол? Как вам такой вариант: маленькая копия ранней Вселенной. А именно, сферы реликтового излучения — заполняющего Вселенную микроволнового фонового излучения, возникшего в эпоху первичной рекомбинации водорода.
Это не просто красивый сувенир, а научно выверенная модель, составленная по данным космической обсерватории «Планк». Её можно использовать как учебное пособие. Наряду с космологическим красным смещением, реликтовое излучение рассматривается как одно из главных подтверждений теории Большого взрыва.
Согласно теории Большого взрыва, ранняя Вселенная представляла собой горячую плазму из электронов, протонов и фотонов. В этой плазме фотоны постоянно излучались, сталкивались с другими частицами и поглощались. По мере расширения Вселенной космологическое красное смещение вызывало остывание плазмы, так что на определённом этапе замедлившиеся электроны стали соединяться с замедлившимися протонами, образуя первые во Вселенной атомы (этот процесс называется первичной рекомбинацией водорода). Это случилось примерно через 380 000 лет после Большого взрыва, при температуре плазмы около 3000 °K.
С этого времени некоторые фотоны смогли свободно перемещаться в пространстве, практически не взаимодействуя с веществом. Реликтовое излучение — те древние фотоны, которые излучила плазма ранней Вселенной после Большого взрыва в сторону будущего расположения Земли. Спустя 13,8 млрд лет фотоны до сих пор идут к нам, потому что расширение Вселенной пока что продолжается.
Сейчас температура излучения составляет около 2,7 °K. Оно поступает со всех сторон практически равномерно.
Наблюдаемая Вселенная в преломлении через реликтовое излучение называется поверхностью последнего рассеяния. Это самый удалённый объект, который мы можем наблюдать.
Интересным феноменом реликтового излучения является его анизотропия, то есть неоднородность. В марте 2013 года специалисты Европейского космического агентства опубликовали самую подробную карту реликтового излучения, составленную по результатам сбора данных космической обсерваторией «Планк», начиная с 2009 года.
![](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/a8b/8b4/d79/a8b8b4d797098b208b572701f2726fbb.png)
На этой карте чётко видны два странных явления. Первое — изменение амплитуды температур в двух половинах Вселенной.
![](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/630/485/7e3/6304857e3a122246c1696ec7b35b1a78.jpg)
Изменение амплитуды температур в двух половинах Вселенной
Второй феномен — необычно большое холодное пятно, хорошо заметное на карте. Раньше специалисты считали, что это ошибка измерения. Но обсерватория «Планк» предоставила более точную информацию, подтвердив эффект.
![](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/616/93a/df0/61693adf01479560c814c2a76ce9ee95.jpg)
Сравнение разрешения астрономических спутников, регистрирующих реликтовое излучение
По мнению учёных, неравномерность реликтового излучения — температурные флуктуации — объясняется колебаниями плазмы в крошечной ранней Вселенной вскоре после Большого взрыва.
Традиционно температурные флуктуации отображаются областями разного цвета. Например, самые горячие области — красным, а самые холодные — синим. Эти области проецируются на плоскую карту с помощью стандартной стереографической проекции. Были попытки создать компьютерные 3D-модели сферы реликтового излучения, которые пользователь мог вращать и рассматривать на экране. Но в этом случае информация об анизотропии передавалась по тому же визуальному принципу через цветовую шкалу.
Магистранты кафедры физики Имперского колледжа Лондона предложили новый способ визуализации при помощи 3D-печати. На спроектированной ими сфере реликтового излучения области разных температур ощущаются не только визуально, но и тактильно. По их мнению, портативная сфера реликтового излучения, которую можно взять в руку, имеет ряд преимуществ в учебной и научной работе, а особенно полезна для людей с нарушениями зрения.
Раньше 3D-печать уже применяли для визуализации математических функций и результатов моделирования сложных систем.
![](https://habrastorage.org/files/fe7/3e1/663/fe73e16639064f98a21feb50ae03bc30.png)
Треугольник Пенроуза — одна из невозможных фигур, которую попытались распечатать на 3D-принтере Книлл и Славковски, авторы научной работы «Иллюстрация математики с помощью 3D-принтеров»
Сфера реликтового излучения — ещё один пример полезного применения 3D-печати для научных целей. Для преобразования научных данных космической обсерватории «Планк» в формат STL молодые британские учёные использовали программы MeshLab, Cura, Blender!, Netfabb и другие.
Научная работа опубликована в журнале European Journal of Physics (doi: 10.1088/0143-0807/38/1/015601).
Файлы для печати выложены отдельно на научном хостинге Zenodo.
128_scaled.stl — STL-файл для печати монохромной версии (исследователи использовали принтер Ultimaker).
cmbhollow.wrl — VRML-файл для окрашивания изделия в ZPrinter.
![](https://habrastorage.org/files/e99/225/6b2/e992256b23c5444c9316ac8aaf63a692.jpg)
Аналогичный метод подходит для визуализации других научных данных, в том числе результатов астрономических наблюдений. Например, для печати топографических карт планет, моделей поверхностей и внутренней структуры звёзд, распределения звёзд в галактиках, распределения вещества в масштабной модели Вселенной. В каком-то смысле данную работу можно рассматривать как первый концептуальный образец для большого количества потенциальных вариантов использования.
Комментарии (6)
azzas
28.10.2016 17:07-1Какая удивительно бесполезная «модель».
GreyPhantom
28.10.2016 17:45+1Ну, в данном случае какая-то польза возможно есть. А в целом- странная тенденция впихивать модные «новые технологии» куда- ни-попадя. WiFi и Bluetouh в АСУТП (мне нравится идея управлять энергоблоком с телефона), лиспетчеризация в облаке, теперь 3D-печать… Вот думаю зарядить принтер целлюлозой, да приладить на место держателя ТБ в санузле, и да- непременно с WIFI, с приложениями для айфона и отсылкой статистики на облачный сервер управляющей компании…
maaGames
28.10.2016 18:02Отличная идея для стартапа! Усаживаешься, выбираешь желаемую фактуру или рельефный рисунок на бумаге, пока задумчиво сидишь, бумага распечатывается. Ачивки за метраж давать не стоит — слишком легко читерить. Но есть смысл встроить весы в унитаз, чтобы в табличку собирать результаты и показывать лидеров по весу… торпедирования…
MatiasGray
29.10.2016 15:18Тоже возникла такая мысль. Особенно интересно, как её можно «использовать как учебное пособие».
Ведь на ней нет координатной сетки, а у меня нет карманного Планка.
maxzhurkin
30.10.2016 08:35«Расширение вселенной пока что продолжается». Кажется, автора статьи ждёт большой сюрприз.
Unk
Ура! Осталось только купить домой цветной 3D принтер.