WMAP卫星究竟看了多远的距离

紫影

WMAP 卫星

2003年2月，一些通常持保留态度的天文物理学家在谈论从最近一颗卫星 得到的精确数据时，异口同声地赞叹道：“不可思议!” “ 一个新的里程碑!” WMAP(威尔金森微波各向异性探测器）是以宇宙学家大卫威尔金森（David Wilkinson)的名字命名的，于2001年发射升空，已给予科学家前所未有的精确的 年龄仅有380 000年的早期宇宙的详细图片。

从诞生星星和星系的原始火球留 下的巨大能量环绕了我们的宇宙几十亿年。今天，它最终被WMAP卫星异常详 细地捕捉在影片上，产生了一幅以前从未见过的天空照片，惊人地、详细地呈现 大爆炸所产生的微波辐射。这些辐射被《时报》杂志叫做“创世的回波”。

天文 学家再也不会以同样的方式看待天空了。

普林斯顿高级学术研究所的约翰巴赫恰勒（John Bahcall)说：“WMAP的 发现代表了宇宙学从推测到精密科学的跨越。”从宇宙历史的早期得到的这些 数据使宇宙学家首次能够精确回答远古时代的所有问题，自从人类第一次看到 夜晚天空的美丽景色，这些问题就一直困惑着人类，并激起他们的好奇心。宇宙 有多大年纪了？宇宙是由什么构成的？宇宙的命运是什么？

(1992年的前一颗COBE〔宇宙背景探测卫星〕

给了我们这些充满天空的背 景辐射的第一张聚焦不好，从而模糊不清的图片。尽管这个结果是革命性的，但 是因为它给出的早期宇宙的图片太不清楚了，所以令人失望。但这并没有妨碍 出版界将这张照片激动地称为“上帝的脸”。然而，从COBE得到的这张模糊的 照片更确切的说法应该是代表宇宙幼年的“婴孩照片”。

如果今天宇宙是一个 80岁的老人，则C0BE和后来的WMAP所得到的照片是一个新生的不到1天的 宇宙。）

WMAP卫星能够给我们前所未有的宇宙幼年的照片的原因是，夜晚的天空 像一架时间机器。

因为光传播的速度是有限的，我们在夜晚看到的星星是它过 去的样子，而不是现在的样子。因此当我们凝 视月亮时，我们看到的是它1秒钟以前的样子。光从太阳到达地球需要大约8 分钟。

同样，我们在天上看到的很多熟悉的星星是如此之远，光从这些星星到达 我们的眼需要10到100年。换句话说，它们距离地球10到100光年。1光年大 约是6万亿英里（约9. 656万亿千米），或光1年走过的距离。从遥远星系来的 光可能有几亿到几十亿光年之远。结果，这些光代表了“化石”光，有些甚至是 在恐龙出现之前就发射出来的光。我们用天文望远镜能够看到的有些天体叫做 类星体，

它们是巨大的发动机，在可见宇宙边缘附近发出难以想象的能量，这些 类星体离地球120亿到130亿光年。现在，WMAP卫星已检测到甚至是在此之 前从创造宇宙的原始火球所发出的辐射。

为了描述宇宙，宇宙学家有时采用从曼哈顿100多层高的帝国大厦向下看 的例子来说明。当你从顶层向下看时，你仅仅能够看到街道水平面。如果帝国 大厦的基础代表大爆炸，那么从顶层向下看，遥远的星系将位于第10层。通过 地球望远镜看到的遥远的类星体将位于第7层。WMAP卫星所测量的宇宙背景 则仅高出街道半英寸（约1.27厘米）。这样WMAP卫星测量得出的宇宙年龄为 137亿年的精度达到令人吃惊的1%。

WMAP完成的使命是十几年来天文物理学家艰苦工作所达到的顶点。 WMAP卫星的设想是在1995年首次提交给NASA(美国同家航空航天局）的，两 年之后得到认可。在2001年6月30日，NASA将WMAP卫星搭载在德尔塔II (Delta II )火箭上，将它发射到位于地球和太阳之间的太阳轨道上。目标仔细选 在拉格朗日点2(或L2点，一个特殊的靠近地球的相对稳定点）。从这一有利的 地点，该卫星总能背向太阳、地球和月亮，因此能够得到完全不受障碍的宇宙的 视野，它每6个月完全地扫描一次整个天空。
它的仪器是最新式的。利用它的强大的传感器，它能够检测大爆炸所留下 的充斥宇宙的微弱的微波辐射，但是这些辐射大部分被我们的大气吸收掉了。 这颗由铝合金和复合材料制造的卫星内径3. 8米（11. 4英尺），外径5米（15英 尺），重840千克（1 850磅）。它有两架背靠背望远镜聚焦来自周围天空的微波 辐射，它最终将数据用无线电发回到地球。它的电源仅419瓦，相当于5只普通 的灯泡。离开地球100万英里（约161万千米），WMAP卫星位于地球大气的干 扰之外，微弱的微波背景辐射不会被地球大气遮挡，并且能够持续不断地观察整 个天空。2000年4月，该卫星完成了对整个天空的首次观察。6个月后做了第 二次整个天空的观察。今天，WMAP卫星给了我们最完善的、详细的微波辐射 图，这是以前从来没有得到过的。1948年，乔治伽莫夫和他的小组曾首先预 言了 WMAP所检测的微波背景辐射。他还指出这一辐射有一个与其相关的温 度。WMAP测量的这个温度比绝对零度K( -273. 15 T)高一点，在绝对温度
2. 724 9 至 2_ 725 1 度之间。
WMAP所拍摄的天空图用肉眼看上去并不怎么有趣，只是一群随机分布的 斑斑点点。然而，这些斑斑点点却让一些天文学家激动得落下眼泪，因为它们代 表了在宇宙创造之后不久所发生的大爆炸所产生的原始火灾的波动和不规则。 这些小的波动就像“种子”一样从此以后无限扩展，就像宇宙本身向外爆炸一 样。今天，这些小的种子发展成我们所看到的照亮天空的星团和星系。换句话 说，我们所在的银河系（Milky Way galaxy)和我们周围的星团曾经是这些波动之 一。通过测量这些波动的分布，我们看到星团的起源就像画在天上的宇宙织锦 上的小点。
今天，大量的天文数据积累的速度超过了科学家建立理论的速度。事实上， 我认为我们正进入一个宇宙理论的黄金时代。（尽管WMAP卫星给人深刻的印 象，与欧洲2007年要发射的普朗克〔Planck〕卫星相比，它可能会成为一个矮子。 普朗克卫星将给天文学家更加详细的有关微波背景辐射的图片。）在多年的思 索和疯狂的猜想之后，今天宇宙论终于成熟。在历史上，宇宙学家因名声不是太 好而感到痛苦。他们满怀激情所提出的有关宇宙的宏伟理论仅仅符合他们的一 点可怜的数据。正如诺贝尔奖获得者列夫兰道（Lev Landau)所讽刺的：“宇宙 学家常常是错误的，但从不被怀疑。”科学界有句格言思索、更多的思索，这就 是宇宙学。”