暗能量没踪影，却发现数百颗潜伏小行星，揭示太阳系起源！

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可能这是天文史上成本最高的不务正业了，一个寄予厚望暗能量探测计划，但啥子暗能量都没发现，却在绘制的南半球天区中发现了数百颗隐藏在太阳系边陲地带的小行星，不得不说这实在高明！


关于暗能量巡天计划
暗能量巡天（The Dark Energy Survey，缩写DES）是在可见光、红外波段巡天，以此为依据观测宇宙膨胀的研究项目，始于2012年，观测设备包括智利托洛洛山天文台的4米布兰科望远镜，项目自2013年开始到2018年为止，观测了南半球超过5000平方度的天空，取得了海量的天文数据。


关于暗能量的发现
1998年，两个研究遥远星系Ia型超新星红移的科学团队发现宇宙正在超过此前观测到的速度在膨胀，这是继勒梅特和哈勃以来最伟大的科学发现之一，也让三位科学家获得了2011年的诺贝尔物理奖。


宇宙正在加速膨胀
Ia型超新星是白矮星吞噬伴星物质后爆发的一种超新星，它的爆发时质量固定为钱德拉塞卡极限，也就是1.44倍太阳质量，爆发时释放的能量相对固定，所以它能被拿来作为标准烛光，而两个科学团队发现Ia型超新星的异常红移，不是宇宙学模型有问题就是宇宙正在加速膨胀！


Ia型超新星爆发过程
事实证明是后者，那么是什么原因造成了宇宙正在加速膨胀呢？而且造成宇宙加速膨胀的这种物质非常有特性：
首先它看不见其次是会产生斥力最后它在宇宙中均匀分布，不会聚集成团
迈克尔·特纳将为此提出了暗能量（dark energy）的概念，根据2001年6月30日发射的威尔金森微波各向异性探测器（WMAP）卫星七年的观测，发现宇宙中有72.8%的暗能量，22.7%的暗物质，4.5%是显物质。


而2013年普朗克卫星经过更加精确的观测，给出的数据是68.3%的暗能量、26.8%的暗物质和4.9%的显物质。据此计算，暗能量在我们周围的密度大约为每立方厘米10万亿亿亿分之一克，所以我们根本就感觉不到它，但架不住宇宙的庞大，而它产生斥力正主导这宇宙未来的结局。
宇宙未来的结局？
宇宙的形状与未来的结局可以通过爱因斯坦的广相引力场公式通过假设各向同性推测出来，但它取决于宇宙学常数Λ和宇宙空间曲率K！


K和Λ组合的各种情况
空间曲率可以通过微波背景辐射假设的两点，再计算出它们的实际位置，和地球之间建立的测量模型来确定，但实际测量结果是几乎就是平坦的，不是宇宙大的难以想象就是宇宙本身就是平坦的。


测量方式和测量原理
上图是测量的方式和测量原理，至少我们知道了宇宙是平坦的，那么未来它的命运就取决于Λ的取值了。


宇宙常数被赋予了新的意义
所以观测暗能量在宇宙中的分布就成了二十一世纪天文学最重要的任务。
有心栽树和无心插柳
从2013年开始的暗能量巡天计划参与研究的大学超过20个，通过观测超新星、重子声学震荡和大尺度上的星系团以及弱引力透镜来分析和推演宇宙膨胀的原因，因为暗能量和暗物质一样根本无法直接观测。


暗能量相机和布兰科望远镜
布兰科望远镜位于智利境内的国家科学基金会托洛洛山美洲际天文台，始建于1974年，是当时南半球最大的望远镜，1998年发现的宇宙加速膨胀从而催生了暗能量研究的Ia超新星观测，正是这台望远镜作出的。而现在这位始作俑者将要参与到更重要的工作中去。


布兰科望远镜
世上最强像素的数码相机
暗能量巡天中最重要的核心装备除了布兰科望远镜以外，就是一台5.7亿像素的暗能量相机，它极高的灵敏度可以捕捉到80亿光年外的10万多个星系的暗弱光线，核心感光元件是一个62块（CCD）组成的阵列，在红外波段被特别加强以观测暗弱天体。


暗能量相机最关键的CCD
与主镜口径4米的布兰科望远镜配合，大到研究决定宇宙命运的暗能量分布，小到研究太阳系内未知小行星的观测，而正是大小通吃的布兰科望远镜，正是作出后来有心栽树和无心插柳的小把戏，当然无论哪个都是现代天文学的巨大进步，因为小行星的分布对太阳系起源同样有着非常重大的帮助。


布兰科望远镜从2013年开始到2019年间同时观测了黄道面附近的天体，其强大的口径和暗能量相机灵敏的感光能力，发现了大量在海王星外的小行星天体，其中有316个天体已经被成功识别，还有139个未知天体仍有待持续观测。
这些暗弱天体对地球有影响吗？
寻找海王星外天体一直都是天文观测的重要任务，从赫歇尔发现天王星，勒维耶计算出海王星轨道后的Planet X计划，最后美国天文学家汤博拔得头筹发现了冥王星，之后则开始了漫长的第十大行星搜索，二十世纪末而二十一世纪初，因为发现大量的海王星外天体，使得冥王星的位置岌岌可危，因此IAU（国际天文联合会）在2006年将冥王星开除出九大行星行列。


X行星
但不过是从第十大行星变成了第九大行星搜索计划，热情依然不减。科学界想尽了一切办法，包括对矮行星的引力扰动，以及微引力透镜观测，甚至宽视场红外巡天等等，但始终未找到任何存在的迹象！
宾夕法尼亚大学的物理学家和天文学家加里·伯恩斯坦（Gary Bernstein）说：“想要在太阳系边缘找到第九大行星的想法，现在可以停止了”！
既然不再搜索第九大行星，为何还要寻找小行星？
法国尼斯天文台的几位天文学家曾经提出过一个有趣的模型，他们认为木星的轨道迁移和地球上海洋的形成有非常大的关系，这个理论认为太阳系每颗行星的轨道是相对固定的，就像提丢斯定则描述的那样，但木星在形成时并不在在现在的轨道上，但在它调整到目前轨道的过程中，直接导致了太阳系的一场腥风血雨。


因为它的引力扰动唤醒了正在太阳系边陲沉睡的小行星和彗星，那些被改变了轨道的小行星增加了前往太阳系内行星轨道的概率，大量的彗星被甩入一个大椭圆轨道，月球和地球以及其他行星都遭受了彗星大轰炸。这些彗星为地球带来的大量的水资源，所幸的是地球还留住了这些水，要不然就白白挨炸了，比如月球。


所以找出这些小行星的分布对于还原太阳系早期行星轨道有着非常重大的意义，甚至月球起源都可能包含在这些小行星的秘密中，因为当前流行的月球起源就是地球被忒伊亚撞击形成，现在用氧同位素检测在月球上发现了忒伊亚留下的痕迹，但这需要更多的证据来佐证。


小行星对于地球的威胁
小行星对于地球的威胁是一个老生常谈的问题，远在恐龙灭绝，尽在通古斯大爆炸，甚至前几年发生的车里雅宾斯克小行星凌空爆炸说的都是小行星对地球威胁的问题，因为小行星太暗弱，所以绝大部分时候都是到了跟前才知道，比如天文学家都认为，跟踪直径几百米的小行星是一个难题，如果要监测几十米级别的小行星，那绝对是一个噩梦。


4月29日将要靠近地球的小行星1998-OR2
这正是暗能量巡天望远镜对红外波段的超灵敏感知能力所擅长的，有它的帮助，发现近地小行星的概率可以大增，不过很可惜尽管它有这个能力却难以用来对近地小行星巡天。这个任务是NEAT（Near Earth Asteroid Tracking），美国国家航空航天局和喷气推进实验室推进的近地小行星搜索计划，参与的望远镜包括：
夏威夷海勒卡拉火山的GEODSS宽视场望远镜帕洛马山天文台1.2米口径的塞缪尔·奥斯钦(Samuel Oschin)望远镜
其中帕洛马山天文台1.2米口径的塞缪尔·奥斯钦望远镜发现了夸欧尔、塞德娜及矮行星厄里斯，可谓是战功赫赫，除了专业天文学家发现以外，NEAT的数据是是公开的，也就是所有人都可参与到近地小行星搜索的计划中来，以便为海量的数据找到一个利用的途径，否则它们将在数据库中沉睡，而且你的发现还有可能在未来避免一场浩劫哦！


不过各位可以放心，当前发现的海王星外天体，也就是139颗位置的小行星天体，不会对地球构成威胁，因为它们实在太远了，另一个关键则是这些小行星能被布兰科发现，表示它们的质量比较大，轨道是相对稳定的，不会闯入内行星轨道！