宇宙有多大 欧洲太空署盖亚太空观测任务公布数据

宇宙到底有多大?为了找到“真理”,欧洲太空署执行了代号为“盖亚”的太空观测任务,而该任务预计将会在9月14日释放出首批观测到的数据。由“大爆炸”留下的余辐射是目前人类唯一可用的数据,而这个数据也可能是宇宙留给我们最为强大的信息。

  原标题:宇宙究竟有多大?这个探测器或将告诉你答案

  据《福布斯》报道,宇宙中最遥远的物体究竟有多远?宇宙的过去是如何膨胀的?从“大爆炸”算起,宇宙迄今究竟有多老、多庞大?面对这些问题,人类通过一系列巧妙的实验设计,试图用两种不同的方法予以回答:

  1. 从“大爆炸”留下的余辐射来观察所有尺度上的微小变动——即宇宙微波背景辐射(CMB)——以重建宇宙的形成和扩张历史。

  2. 利用“宇宙距离尺度”(cosmic distance ladder)来测量地球到某些恒星的距离,到附近星系的距离,以及到更远星系的距离,从而重建宇宙扩张的速度和历史。

宇宙有多大 欧洲太空署盖亚太空观测任务公布数据

  然而有趣的是,两种方法在数据结论上存在很大的差异。为了找到“真理”,欧洲太空署执行了代号为“盖亚”(GAIA)(网易编辑注:盖亚是希腊神话中的大地女神,拥有非常显赫且德高望重的地位。她是古希腊神话中的大母神,创造了原始神祇和宇宙万有的创造之母,所有神灵和人类的始祖母神。)的太空观测任务,而该任务预计将会在9月14日释放出首批观测到的数据。

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  由“大爆炸”留下的余辐射是目前人类唯一可用的数据,而这个数据也可能是宇宙留给我们最为强大的信息。通过观测这些余辐射,我们知道宇宙正在以67km/s/Mpc的哈勃常数扩张——Mpc意为百万秒差距,约为326万光年。而每距离一个Mpc的星系都在以67km/s的速度远离另一个星系。此外,由COBE(宇宙背景探测者)提供的宇宙微波背景辐射数据也告诉我们,浩瀚的宇宙中有68%由暗能量组成,另外的32%则由暗物质和正常物质构成。宇宙从形成至今大约经历了138.1亿年。

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  测量宇宙的扩张过程其实也还有另一种方法,即“建造”一个宇宙距离尺来进行观察。人类并不能简单地通过观看遥远星系而知道它与地球的距离;人类也是花费了数百年时间才开始明白星空中的那些“螺旋”和“椭圆”其实并不身处我们的银河系;人类更是经历了一系列卓越的进步才终于在今天知道了如何精确地测量天文距离。譬如:

  ·我们基于望远镜的发明,分别建造了“牛顿”和“开普勒”,从而学会了如何测量太阳系的距离。

  ·我们利用地球围绕太阳公转的现象,创造了被称为“视差法”(parallax)的几何测量技巧,从而学会了如何观测系外恒星的距离。

  ·我们通过对“视差法”观测到的系外恒星距离进行分类,从而学会了如何测量银河系与其它星系的距离。

  ·最后,我们通过对其它星系的属性进行分类,如表面亮度变化、自转速度、超新星数量等,又学会了如何观测更遥远星系的距离。

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  “宇宙距离尺”测量法是更古老、更直观、预设要求更少的方法。但其结论却长期的与“宇宙微波背景辐射”法不相吻合。具体地说,前者告诉我们宇宙扩张的速度大约为74km/s/Mpc,即比“宇宙微波背景辐射”告知我们的67km/s/Mpc快了约10%——这意味着,宇宙要么比我们想象的年轻,或者规模小,要么就是黑暗物质的比重与“宇宙微波背景辐射”法的结论大不相同。而造成这种差异的最大变数其实就是“视差法”中测量到的这些地球附近的恒星。

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  “盖亚”任务就是为了解决这个问题而诞生。超越所有之前的努力,“盖亚”卫星将会测量银河系内超过10亿颗的恒星的亮度和位置。其中,数百万颗的恒星通过“视差法”测距将会达到20微角秒(?as)的精确度,另外数亿颗的恒星测距将会达到200微角秒的精准。而那些用肉眼就能看到的恒星,甚至有可能达到7微角秒的精准。

  “盖亚”于2013年发射,迄今已运行了将近两年。“盖亚”围绕地球轨道旋转,能够利用“视差法”测量恒星的精确三维方位。有了这些数据,人类甚至还能够推测这些星体的运动轨迹,从而极大地降低了此前提到的“视差法”测量中存在的不确定性差异。“盖亚”的数据也能为人类分类星团和星系属性提供帮助,这也为建立更强大的“宇宙距离尺”创造了条件。

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  当前阶段,“宇宙微波背景辐射”法和“宇宙距离尺”法在有关宇宙的形成时间、扩张速度以及基本构成上给出了不完全详尽的答案。相信“盖亚”的数据被披露后,人类可以更准确地了解宇宙的信息。目前大多数的天文学家都希望过去的“视差法”测量是存在错误的,因为只有这样,两种方法的结论才能统一,人类才会翻开认识宇宙的新篇章。

责任编辑:谭雅文
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