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幼年宇宙的照片

作者:苗千

2018-02-25·阅读时长5分钟

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(文 / 苗千)


( 2009年5月13日,搭载普朗克卫星的欧洲航天局“阿里安”运载火箭在法属圭亚那的库鲁空间基地等待发射 )

2013年3月21日当地时间上午10点,欧洲航天局(ESA)在巴黎召开新闻发布会,公布了现在还在太空中工作的普朗克卫星对宇宙微波背景辐射(Cosmic Microwave Background)探测收获的数据和由此绘制的早期宇宙的详细地图。这次公布的数据呈现给人们一个前所未有的早期宇宙清晰的图景,这将使人类更深入地了解宇宙诞生的细节,同时也给宇宙学和物理学的发展指出了新的方向。

宇宙微波背景辐射可以说是宇宙大爆炸在空间中绵延至今的回响。在20世纪40年代,就有物理学家提出了关于可能存在宇宙微波背景辐射的预测,这个预测在1964年才被一组科学家证实。宇宙微波背景辐射大约产生于宇宙诞生后的38万年,在这之前,整个宇宙一直都处于一种极高温度的类似于“粒子汤”的状态,夸克(之后相互结合形成质子)、电子和光子在极高的温度下频繁相互作用,在这种情况下光子无法逃离与物质之间的相互作用,也就无法做长途旅行,因此整个宇宙显得并不透明。过了一段时间,整个宇宙逐渐冷却,平均温度降到了大约2700摄氏度,这时质子与电子才开始结合形成氢原子,促使物质与光子能够彼此分开,光子终于可以摆脱物质进行长途旅行,整个宇宙才开始逐渐清晰起来,宇宙微波背景辐射正是在这段时间形成。因此,对它的探测就相当于绘制一幅宇宙幼年时的照片,而且这张照片里可能包含了宇宙诞生的秘密。

普朗克卫星并非第一个进行宇宙微波背景辐射探测的卫星,美国航空航天局在1989年发射了COBE(COsmic Background Explorer)宇宙背景探测器,它探测到目前宇宙微波背景辐射的温度大约为2.73开尔文,同时在各个方向上又有极小的波动。之后,美国航空航天局在2001年又发射了威尔金森宇宙微波背景辐射各异向性探测器(WMAP),用来探测宇宙微波背景辐射的极小波动。欧洲航天局发射的普朗克卫星是第三个执行类似任务的探测器,它具有相对于其他两颗探测卫星更高的灵敏度,因此可能绘制出最清晰的幼年宇宙的照片,也就格外引人期待和关注。

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苗千

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