伴随着科技的发展，人类已经能够看到3D全景的地球图了。那么，宇宙的三维图会是什么样呢？一年前，中国科学院国家天文台北京——亚利桑那巡天团队和暗能量光谱巡天国际合作项目团队联合发布巨幅宇宙二维天图，这幅图绘制出覆盖一半天球的宇宙“地图”。昨天（14日），该团队在此基础上又发布了宇宙三维图。这幅图是有史以来最大、最详尽的宇宙三维天图，打破了以往星系巡天的纪录，它包含了750万多个星系。
巨型宇宙三维图绘制完成，获得超过750万星系的光谱
2021年1月，中国科学院国家天文台北京——亚利桑那巡天团队和暗能量光谱巡天国际合作项目团队联合发布了巨幅宇宙二维天图，从公布的图片看，黑暗的背景上，有无数密密麻麻的小点。每个小点放大都有很多恒星、星系等，但这只是该项目完成目标的第一步。国家天文台北京——亚利桑那巡天项目实际负责人、国家天文台研究员邹虎表示，为了获取更多信息，绘制宇宙三维天图十分必要。
邹虎说：“我们拿着相机去拍照片，只能得到二维平面的图像，你只能知道平面上的相对位置，距离就没法知道了。”
左图为SDSS巡天展示的3维宇宙切片，右图为DESI巡天在头几个月时间观测的3维宇宙切片。图中的每个点代表一个星系，地球位于中心位置，最远距离的星系大约为100亿光年。这些星系都是从二维图像中选取出来的。从这个切片中能看到宇宙网结构，包括星系团、丝状结构和空洞（图片来源：DESI国际合作）
对于天体之间的距离测量，通过光谱观测得到“红移”是全球科学家公认的技术路线。这是因为，近代天文观测研究发现宇宙加速膨胀，那些遥远的天体都在远离地球，这让它们所发出电磁辐射的波长在光谱上表现为谱线朝红端移动了一段距离。
邹虎介绍：“天文学家通过观测发现，距离我们越远的天体，它的光谱会往红端移动得越多。也就是说，光谱移动跟距离是相关的。所以通过光谱观测的话，我们就可以知道天上的每一个天体到底距离我们有多远。”
经过7个月的运行，科研人员从此前的宇宙二维天图包含的20亿天体中挑选出一部分，通过观测光谱“红移”把二维天图的一部分成功升级为三维天图，包含获得了超过750万星系的光谱。那么，通过三维天图能看到怎样的宇宙？
国家天文台研究员邹虎解释：“很多星系其实不是一个很孤立的点，这些星系可能是扎堆的、成群的，在宇宙中的分布也并不是均匀的，是有结构的。很多星系分布看起来像一个网状结构一样，所以感官上完全是不一样的。这个结构和很多科学研究是有关的，比如说几十个、几百个、几千个这样的星系，它会相互引力束缚在一起形成一个星系团，这么多星系团扎堆肯定有它的物理原因的。”
到2026，团队将获得超过3500万星系的光谱
目前，这幅宇宙三维天图获得超过750万星系的光谱，超越了以往所有星系巡天观测总和。要做成宇宙三维天图并不容易，邹虎表示，这不仅需要先进的技术，还是个费钱又费时的工程。
邹虎介绍：“涉及到用一个跟照相机不一样的设备——摄谱仪，摄谱仪价格非常贵，整个项目相当一部分的经费是用来购买摄谱仪。第二个是观测一个天体，要得到它的距离，观测光谱信息，首先要积累足够的信号，这样观测下来就比较耗时。”
如果点开这幅宇宙三维天图，我们会惊讶于宇宙的美丽和神秘，而科学家能从中读出更多信息。
邹虎说：“通过这个星系的三维分布，能够反推里边的暗物质、暗能量的一些性质，这是天文里边最大的两个疑难问题。我们巡天团队更多的是关心宇宙里边的星系本身的一些性质。通过这样的研究去探索星系的起源或者演化，同时也反映了宇宙的形成、演化。”
邹虎介绍，在暗能量光谱巡天项目运行过程中，国家天文台北京——亚利桑那巡天团队持续深度参与了巡天观测和数据分析，为该项目顺利开展贡献了中国力量。
邹虎说：“首先，二维数据方面，国家天文台贡献了三分之一。第二个，我们在观测的过程中也要针对这些观测的数据做大量的检验，大量的分析，来检验它的质量，证明它的精度，是否适合各自感兴趣的科学目标。”
这次公布的三维天图仅仅是开始，这些星系只占整个项目五年计划的10%。到2026年巡天结束时，团队将获得超过3500万星系的光谱，使得我们能够更好地理解宇宙膨胀和星系的形成及演化。
邹虎说：“从观测效率来说，是目前世界上已有的设备里边观测效率最高的。即使这么高的效率，从光谱观测的角度来说，时间成本跟其他的物质成本还是会很高，所以说也不可能直接观测上亿的星系的光谱。按计划是要观测5年时间，也就是到2026年的时候要把这个巡天的任务要完成，但这个时间也是取决于整个观测的效率。因为刚好2021年的天体很好，仪器方面也比较稳定，所以这个进度已经有点提前了。也就是说，按照现在的速度去观测的话，有可能要提前一年结束。”
现在，该项目已经获取了大量天体的光谱数据，正等待天文学家去分析。中国科学院国家天文台北京——亚利桑那巡天团队期望基于这些数据，在星系形成和演化方面作出重要的研究成果，其中包括探测和研究极端贫金属星系、矮星系和绿豆星系等稀有天体。这些天体对研究早期宇宙的星系形成和宇宙再电离起到关键作用。
来源：中国之声
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