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ESOF第四天:最昂贵的图画

  ESOF第四天:最昂贵的图画

今天早上,在都灵会议中心的500人演讲厅的门口贴出了一张紧急通知,说今天下午要在这里发布重大新闻,于是整个上午昏昏欲睡的我决定先会宾馆睡一觉再说。

下午来到会场,人还和往常的报告一样多,根本没有今天上午一个讲情感与意识的报告那样,地上都坐满了人。当然令人失望的也是因为,原定参加这次会议的一位因为这个领域的研究而获得诺贝尔奖的美国教授没来。

但是他的缺席,并未影响这次会议的精彩程度,当第一位演讲者的报告结束后,他获得的掌声是整个欧洲开放科学论坛期间都没有过的。面对如此热烈的掌声,这位来自意大利的教授说,这是全球上千名科学家,将近20年代努力才得到的成果。

下面这张图,就是这次发布的重大新闻。它看上去类似一张地图,实际上它是一张整个宇宙的地图。为了这张迄今为止最清晰的宇宙地图,欧洲航天局的PLANK计划花费了近6亿欧元。

去年5月14日,携带者赫歇尔(Herschel)和普朗克(PLANK)两个空间望远镜的阿丽亚娜火箭在南美洲的库鲁航天中心被发射升空,这是欧洲航天局迄今为止发射的最为复杂的两个航天器,造价分别达到10亿欧元和6亿欧元,其中赫歇尔望远镜比哈勃望远镜还要大,普朗克则是目前测量宇宙微波背景辐射灵敏度最高的望远镜。

从去年发射升空到现在,普朗克已经工作了413天,理论上说,它半年的时间就可以把整个宇宙扫描95%,到现在,宇宙的100%全景已经被它收入囊中,其中一半的天空已经扫描过了两次。到明年11月,普朗克将可以完成4次完整的扫描。

在都灵发布这张地图的同时,欧洲航天局也在自己的网站上发表了最新的新闻稿。在这篇新闻稿中,欧洲航天局宇宙探测部门的主任戴维·索斯伍德说,这是普朗克一直期待的时刻,我们现在不是给出一个答案,而是打开了一扇通往一座金矿的大门,科学家们可以由此去寻找关于宇宙如何诞生和演变的答案。

索斯伍德说,这个地图本身和它的高质量是建造和运行普朗克的工程师们的功绩,现在要轮到科学家们来分析这个地图了。

1964年,美国贝尔实验室的工程师阿诺·彭齐亚斯和罗伯特·威尔逊在检测卫星天线的噪音性能的时候,偶然将天线对准天空方向进行测量,结果发现了在波长为7.35厘米的地方一直有一个各向同性的讯号存在,这个信号不随时间变化,因此与地球的公转和自转无关。后来他们证实,这就是科学家们一直寻找的宇宙大爆炸后残留的辐射。

宇宙背景辐射(CMB:Cosmic microwave background radiation)的发现在近代天文学上具有非常重要的意义,它给了大爆炸理论一个有力的证据,并且与类星体、脉冲星、星际有机分子一道,并称为20世纪60年代天文学“四大发现”。彭齐亚斯和威尔逊也因此获得1978年的诺贝尔物理学奖。

在天文学上有这样一个说法,当你仰望天空的时候,你看到的是过去。因为对于一颗十万光年以外的恒星来说,你现在看到的是它十万年前的样子,即便是太阳,它距离地球也有1500万公里,光线从太阳到地球也需要8分钟,你现在看到的,只能是8分钟以前的太阳。

而宇宙背景辐射,是宇宙大爆炸后的第一批可以在宇宙中自由穿行的光子,是宇宙诞生时候的化石。因此如果从地球上能够看得越远,就能看到越遥远的过去,就越接近宇宙诞生后产生光子的时刻,这大约相当于大爆炸后30万年的时间,因为理论上大爆炸后大约需要30万年的时间,才会冷却到3000度左右,这时候质子和中子才会结合成原子,物质变成中性,光子才能自由运动,宇宙才变得透明。在此之前,宇宙对我们来说就是一个看不见内部的黑匣子。

观测宇宙背景辐射,不仅关系到人们对于宇宙现在的认识,也关系到宇宙的未来。但是由于宇宙背景辐射非常微弱,只相当于2.7k的热辐射,对它的观测极容易受到大气波动和地球上人工光线的影响,所以美国在1989年11月发射了科比探测卫星(COBE,Cosmic Background Explorer),第一次在大气层外对宇宙背景辐射进行观测。

  

科比的清晰度要比普朗克差很多
  2003年,美国再次发射了威尔金森微波各向异性探测器(WMAP:Wilkinson Microwave Anisotropy Probe)对宇宙微波背景辐射在不同方向上的涨落进行测量,发现宇宙的年龄大约是137亿年,在宇宙的组成成分中,4%是一般物质,23%是暗物质,73%是暗能量。宇宙目前的膨胀速度是71公里每秒每百万秒差距,宇宙空间是近乎于平直的,它经历过暴涨的过程,并且会一直膨胀下去。

而普朗克的任务,就是尽量观测到宇宙大爆炸留下的最原始的化石,了解宇宙最初期的状况。

从这张图上看,我们的银河系横跨了以我们为中心的球面的赤道。我们周围的星系在地图上是各种明亮的色彩,而在地图上暗红的两级地区,就是宇宙微波背景辐射,而被星系遮挡的辐射,科学家们将想办法消除这些星系的影响,进一步给出一张全部是宇宙背景的地图。

来自意大利国家天体物理研究所的科学家说,这张地图,隐藏着解释宇宙奥秘的钥匙。通过分析这张地图,人们将有可能寻找解释宇宙起源和发展最适合的理论,将有可能找到爱因斯坦预言的引力波,将有可能发现宇宙可能有11个维度,还有可能发现平行宇宙!

明年11月完成4次完整的天空扫描后,普朗克的数据将在2012年11月向科学家们开放,届时全世界的科学家将可以利用普朗克的数据寻找他们感兴趣的宇宙的答案。正如欧洲航天局普朗克项目科学家让·陶勃所说,现在这张图,只是普朗克将来看到的东西的匆匆一瞥。

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