         我們并非居于宇宙的中心，但是我們確實居于可觀測宇宙的中心，這是一個直徑約為930億光年的球體 B1 這是美國宇航局哈勃空間望遠鏡獲得的最深邃的影像之一 B2 這是美國宇航局哈勃空間望遠鏡獲得的最深邃的完整圖像 A 宇宙的尺度 這個星球上沒有人知道宇宙究竟有多大。它或許是無限的，也或許它確實擁有某種邊界，也就是說如果你旅行的時間足夠長，你最終將回到你出發(fā)的地方，就像在地球上那樣，類似在一個球體的表面旅行。 科學家們對于宇宙具體的形狀和大小數(shù)據(jù)存在分歧，但是至少對于一點他們可以進行非常精確的計算，那就是我們可以看得多遠。真空中的光速是一個定值，那么由于宇宙自誕生以來大約為137億年，這是否就意味著我們最遠只能看到137億光年遠的地方呢？ 答案是錯誤的。有關這個宇宙的最奇特性質之一便是：它是不斷膨脹的。并且這種膨脹幾乎可以以任何速度進行甚至超過光速。這就意味著我們所能觀測到的最遠的天體事實上遠比它們實際來的近。隨著時間流逝，由于宇宙的整體膨脹，所有的星系將離我們越來越遠，直到最終留給我們一個一片空寂的空間。 奇異的是，這樣的結果是我們的觀測能力被“強化”了，事實上我們所能觀察到最遙遠的星系距離我們的距離達到了460億光年。我們并非居于宇宙的中心，但是我們確實居于可觀測宇宙的中心，這是一個直徑約為930億光年的球體。 B 充斥著星系 這是美國宇航局哈勃空間望遠鏡獲得的最深邃的影像(B1)。 科學家們讓哈勃望遠鏡對準天空中的一小塊區(qū)域進行長時間的曝光長達數(shù)月，盡可能地捕獲每一個暗弱的光點。文中上圖是局部的放大，完整的圖像是下面這幅圖(B2)，其中包含有1萬個星系，從局部放大圖中，你可以看到一些星系的細節(jié)。 當你看著這些遙遠的星系，你可能沒有意識到自己正在遙望遙遠的過去，你所看到的這些星系都是它們在130億年前的樣子，那幾乎是時間的盡頭。如果你更喜歡空間的描述，那么這些星系離開我們的距離是300億光年。 宇宙處于不斷的膨脹之中，但與此同時科學家們對于宇宙尺度的測量精度也在不斷提高。他們很快找到了一種絕佳的描述宇宙中遙遠天體距離的方法。由于宇宙在膨脹，在宇宙中傳播的光線的波長將被拉伸，就像橡皮筋被拉長一樣。光是一種電磁波，對于它而言，波長變長意味著向波譜中的紅光波段靠近。于是天文學家們使用“紅移”一詞來描述天體的距離，簡單的說，就是描述光束從天體發(fā)出之后在空間中經(jīng)歷了多大程度的膨脹拉伸。一個天體的距離越遠，當然它在傳播的過程中光波波長被拉伸的幅度越大，光線也就越紅。 如果使用這種描述方法，那么你可以說這些遙遠的星系的距離大約是紅移值Z=7.9，天文學家們立刻就會明白你所說的距離尺度。 C 最遙遠的天體 這張圖像中間部位那個不太顯眼的紅色模糊光點事實上是一個星系，這是人類迄今所觀測到的最遙遠天體。美國宇航局哈勃空間望遠鏡拍攝了這張照片，這一星系存在的時期距離宇宙大爆炸僅有4.8億年。 這一星系的紅移值約為10，這相當于距離地球315億光年。看起來這一星系似乎非常孤單，在它的周圍沒有發(fā)現(xiàn)與它同時期的星系存在。這和大爆炸之后大約6.5億年時的情景形成鮮明對比，在那一時期，天文學家們已經(jīng)找到大約60個星系。這說明盡管這短短2億年對于宇宙而言僅僅是一眨眼的功夫，但是正是在這一短暫的時期內(nèi)，小型星系大量聚合形成了大型的星系。 但是這里需要指出的是，天文學家們目前尚未能完全確認這一天體的距離數(shù)值，這也就意味著其實際距離可能要比現(xiàn)在所認為的更近。在美國宇航局的下一代詹姆斯·韋伯空間望遠鏡發(fā)射升空以替代哈勃望遠鏡之前，科學家們都將不得不在數(shù)據(jù)不足的情況下進行估算。 D 最遙遠的距離 天文學家能夠觀測到的最遙遠的光線名為“宇宙微波背景輻射”。這是抵達地球的最古老的光子，它們幾乎誕生于宇宙大爆炸發(fā)生的時刻。在大爆炸發(fā)生后的短時間內(nèi)，宇宙非常小，因此相當擁擠，物質太過稠密，以至于光線無法長距離傳播。 但在宇宙誕生大約38萬年之后，宇宙已經(jīng)變得足夠大，光線第一次可以自由地傳播。這時發(fā)出的光是我們今天所能觀測到的最古老的光線，是宇宙的第一縷曙光；它存在于宇宙的每一個方向。宇宙微波背景輻射就像一堵墻，我們最遠也只能看到墻這一側的風景，但是卻絕無辦法穿墻而過。 那么這些最初的宇宙之光怎么變成微波了呢？這還是因為宇宙的膨脹。隨著宇宙的膨脹，當時發(fā)出的光波波長被逐漸拉長，經(jīng)歷如此久遠的時間(137億年)，它們的波長已經(jīng)被拉伸到了不可思議的程度。隨著宇宙膨脹冷卻，現(xiàn)在這一輻射的剩余溫度大約僅有-270攝氏度，也就是著名的3K背景輻射。 而如果有朝一日人類終于能夠制造出高靈敏度的中微子探測器，那么我們將終于可以突破宇宙微波背景輻射設置的那堵墻，而看到其背后中微子出現(xiàn)時的情景，即所謂的“宇宙中微子背景”。 E 星系蝴蝶圖 文學家們向宇宙張望，他們注意到宇宙中的星系分布并非呈現(xiàn)隨機狀態(tài)，由于引力的作用，星系傾向于相互接近，從而形成規(guī)模巨大的聚合體，如星系團，超星系團，大尺度片狀結構乃至所謂的巨壁。 天文學家們開始著手紀錄這些星系在三維空間中的位置，他們很快成功地制作出較近距離范圍內(nèi)星系的三維分布圖。大部分此類巡天觀察都將注意力集中在距離地球70億光年之內(nèi)的范圍，但他們在此過程中也發(fā)現(xiàn)了許多類星體，這是宇宙中亮度驚人的奇特天體，來自早期宇宙，其距離可能是70億光年范圍的4倍以上。 在全部這些努力中，斯隆數(shù)字巡天可能算是規(guī)模最大的一個。參與這一項目的天文學家們目前已經(jīng)基本完成對1/3天空的巡天觀察，并在此過程中記錄下超過5億個天體的精確位置信息。而本文中這里所配得圖則來自另一項巡天計劃：6dF星系巡天，這是目前規(guī)模位居第三的巡天項目。 F 鄰近的超星系團 我們現(xiàn)在知道在距離地球約10億光年的距離內(nèi)存在一個超星系團的海洋。這些是被引力作用聚集在一起的大量成員星系。 我們的銀河系本身是室女座超星系團的成員，這個超星系團正位于這張圖像中中央位置。在這個巨大的超星系團結構中，我們的銀河系毫無特別之處，它只是位于一隅之地的普通成員星系而已。在這一宏偉結構中占據(jù)統(tǒng)治地位的是室女座星系團，這是一個由超過1300個成員星系組成的龐大集團，其直徑超過5400萬光年。 另一個超星系團很值得關注，那就是后發(fā)座超星系團，因為它的位置恰好位于北方巨壁的中心位置。北方巨壁是一個大到令人難以想象的巨型結構，其直徑約有5億光年，寬度約3億光年。我們星系“附近”最大的超星系團是時鐘座超星系團，其直徑超過5億光年。 G 暗物質和暗能量 這個宇宙另外一件令人吃驚的事實是：占據(jù)宇宙大部分的成分我們卻完全看不到。暗物質是一種神秘的存在，科學家們認為它們遍布宇宙各處，但是我們卻看不到也摸不著。它們和光以及任何種類的電磁波都不發(fā)生作用，而這正是人類賴以探測宇宙的基礎工具。不過它會產(chǎn)生引力，通過它對周遭空間施加的引力效應，科學家們能夠感受到它們的存在。 是的，我們能夠感覺到暗物質確實存在。比如我們所在的室女座超星系團大約擁有10的15次方倍太陽質量，但是整個超星系團的光度卻僅有太陽的3萬億倍太陽光度。這就意味著室女座超星系團的光度相比其質量所應當擁有的光度小了約300倍。這樣的事實是難以解釋的，但是如果考慮到這其中遍布大量擁有質量但卻不發(fā)光的暗物質，一切也就不奇怪了。 事實上，根據(jù)計算結果，宇宙中的暗物質含量是我們平常所見的普通物質的5倍。但是暗物質盡管強大，卻仍然不足以統(tǒng)治宇宙。真正支配著我們這個宇宙的力量來自另一種神秘物質：暗能量。普通物質和暗物質有一個共同點，那就是它們都擁有質量，并向周圍空間施加引力影響，換句話說，它們的作用是讓物質聚攏，讓宇宙減速膨脹甚至最終收縮。然而，當科學家們觀測宇宙，試圖分辨出宇宙究竟是在減速膨脹還是在收縮時，他們驚駭?shù)匕l(fā)現(xiàn)事實完全出乎他們的預料宇宙根本沒有收縮或減速，它正在加速膨脹！毫無疑問，存在一種未知的強大到異乎尋常的力量，它不但獨力抵抗了整個宇宙中所有普通物質和暗物質產(chǎn)生的引力作用，甚至還推動整個宇宙加速膨脹 。 H 宇宙之網(wǎng) 星系巡天的結果顯示我們的宇宙似乎顯示一種“泡沫網(wǎng)狀”結構。幾乎所有的星系都分布在狹窄的“纖維帶”上，而在它們的中間則是巨大的空洞，天文學上稱為“巨洞”。這些巨洞的體積巨大，有些直徑可達3億光年，其中幾乎空無一物。但是這樣說并不正確，因為盡管我們看上去那里確實是什么也沒有，但實際上這里充斥著暗物質。 這張圖是一份計算機模擬結果，它顯示我們的宇宙呈現(xiàn)一種纖維網(wǎng)狀結構，其中分布著節(jié)點，纖維帶和層。這種復雜結果的起源來自宇宙微波背景輻射中微小的漣漪，這是其中密度微小變化的體現(xiàn)。隨著宇宙膨脹，這些微小的高密度去逐漸吸引更多的物質向其聚集，這種效應持續(xù)上百億年，其結果是驚人的它造就了我們今天所見的宇宙。 I 檢驗宇宙模型 2005年，一個國際天文學家小組試圖檢驗現(xiàn)有的宇宙學理論是否正確。他們進行了一項名為“千年運行”的模擬計劃，在計算機中他們模擬100億個粒子在一個邊長為20億光年的立方體空間中，按照我們現(xiàn)有的理論去作用于它們，是否能得到某種我們所預期的結果。 這項模擬實驗中考慮了普通物質，暗物質和暗能量因素，成功地再現(xiàn)出宇宙從混沌逐漸顯現(xiàn)類似于我們今天所觀察到的宇宙大尺度結構。在模擬運行的過程中，研究人員們目睹了宇宙中大質量黑洞的出現(xiàn)，強大的類星體發(fā)出劇烈的輻射，模擬的結果中還出現(xiàn)了大約2000萬個星系。(本報綜合) |
|
|
