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找呀找——宇宙起源的秘密在哪里

 

很少有科学家认为航天飞机有助于他们的工作。大部分时候,航天飞机的用途是把宇航员送入宇宙空间站,而科学家们对这个空间站已经了如指掌;另一个用途是把卫星送入既定轨道,不过老式的一次性火箭干这个活也许会更经济划算。但航天飞机的确做了一件对天文学家大有帮助的事——它很有可能使天文学最著名的仪器——哈勃太空望远镜得到修复和更新。上面的船底座星云照片就是哈勃的杰作。这些年里,它已经拍下了50多万张照片。现在,当航天飞机的规划即将终结前(明年将是美国最后一次发射航天飞机,之后所有航天飞机都将退役),亚特兰蒂斯号上的宇航员将对哈勃进行最后一次全面整修。最重要的是,本周如果一切顺利的话,还将有两颗卫星发射升空,它们将肩负探索宇宙最早期的使命。

从5月11日开始的哈勃维修任务预计持续11天,这次将给哈勃安装一个广角照相机,以便使它能看到比以前更广阔的星系。这样一来,那帮有权使用哈勃望远镜而且热心于此的天文学家不但可以观测到发出紫外光谱的年轻的热恒星, 而且能看到宇宙中第一批诞生的恒星和星系。这些宇宙年龄极老、距离我们极远的恒星和星系因为宇宙膨胀产生的“红位移”现象(译注1),现在只能发出红外光谱。这些奇观只有在宇宙中才能观察到,因为地球大气层中的臭氧和水会吸收这些波长。

亚特兰蒂斯号上的宇航员还将给哈勃望远镜安装一个“宇宙起源摄谱仪”,以便从某种角度来解析光,其结果可以显示出哪些化学元素与光有相互作用。天文学家还可通过“宇宙起源摄谱仪”观察到星系的演变、行星的诞生以及组成早期宇宙的原始氢、氦原子是怎样合成化学元素的。利用这个摄谱仪,天文学家还可探索“宇宙网”上聚集物质的结构和组成成份。“宇宙网”是由狭长的细状星系和内部空间巨大的星际气体所组成。要做到上述这点,还要根据微弱而遥远类星体的光经过宇宙网时发生的现象而定。光被吸收,则表明它是宇宙网的一部分,而且由此可知它在宇宙网中特定的空间位置。这不仅阐明了宇宙的大部分结构,而且揭示了物质的化学成分会随着时间变化而逐步改变。

更实用的措施是,给哈勃换上新的保护外层、回转仪和电池组,拆除向地球传输数据的那个组件,并修复留在哈勃上的两个仪表。这次更新后,哈勃应该可以持续运行到2014年,到那时,它的继任者——詹姆斯·韦勃太空望远镜应该被送入升空。期间,欧洲航天局( European Space Agency )应该会对其婴儿期宇宙研究项目做出新的举动。5月14日,恰逢《经济学人》杂志开始印刷的日子,预定有两颗卫星将以更为熟知的方式——乘坐一次性火箭升入太空。

 

探究宇宙发源地

 其中一颗名为普朗克的卫星将观察宇宙微波背景辐射,那相当于宇宙大爆炸后仅38万年时留下的一幅快照。那一刻起,物质开始聚合,宇宙也变得透明。微波背景辐射大部分是相同的,但其微小的强度变化则暗示,宇宙在起源后又继续形成了星系、恒星、行星,至少有一个是肯定的——智慧生命。婴儿期宇宙的第一张快照摄于1992年,而随后第二张更详细的快照拍摄于2003年。很难绘制出宇宙微波背景。因为在这些波长中,夹杂着银河系自身耀眼的光芒,因此很难辨别出微波背景。鉴于有炫目的前景,估计普朗克卫星会尽技术上的最大可能拍出一张清晰的照片。

天文学家期望普朗克能搞清,构成四分之一宇宙的暗物质是如何通过强大的引力形成更大的复杂结构,而后者决定了我们更为熟悉但却更稀少的可见物质的分布。科学家将研究分析微波背景辐射中几百万分之一的温度变化,看是否能从中找出它的这些特性。同时,另一组科学家将会监听宇宙原始引力波的回声——那是在空间和时间结构上扩散开的波纹。

第二颗名为赫谢耳的卫星将研究分析宇宙的红外波长。那些漩涡状的尘埃气体云是恒星和行星诞生的摇篮,虽然可见光无法穿透其间,但是红外光却可以做到。赫谢耳除了要研究星系的构成和年龄之外,还将一探星系内构成恒星区域的秘密。

哈勃望远镜是以天文学家埃德温·哈勃的名字命名。上个世纪20年代,埃德温·哈勃使用当时最大的望远镜观察到在银河系旁还有一些星系,这一发现震惊了那个时代。马克斯·普朗克确立了量子理论,从而颠覆了牛顿的宇宙学说。而威廉·赫谢耳爵士确认了天王星是行星。这是近代发现的第一颗行星,之前的天文学家对它并不了解。我们用这些科学开拓者的名字命名了新的或整修如新的天文仪器。如果在今后几年,它们能作出像其同名者那样贡献的话,这将是天文学和物理学真正激动人心的时刻。

 

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