苗千

只有掌握了精確的工具和正確的技法，人類才可能給宇宙畫出精確的肖像，這是人類理解宇宙、理解自身的第一步。

暗能量巡天項(xiàng)目的主要設(shè)備是位于智利境內(nèi)的“布蘭科望遠(yuǎn)鏡”，它內(nèi)部裝有一臺(tái)超過5.7 億像素的“暗能量相機(jī)”

畢竟黑暗才是宇宙的主色調(diào)。人類生活在銀河系的邊緣，在銀河系中大約有數(shù)以千億計(jì)的恒星，而宇宙中又大約有數(shù)以千億計(jì)銀河系規(guī)模的星系——當(dāng)然這一切只是目前人類粗糙的估算而已，想要為整個(gè)宇宙畫一幅精確的物質(zhì)分布的畫像絕非易事，而根據(jù)最近天體物理學(xué)家的一些新發(fā)現(xiàn)，無論是在銀河系的周圍，還是在數(shù)十億光年之外，宇宙的面貌很可能都與人們此前的想象有很大不同。

由來自6個(gè)國家、25個(gè)研究機(jī)構(gòu)，超過300名科學(xué)家共同工作的暗能量巡天（Dark Energy Survey）項(xiàng)目，利用世界上最強(qiáng)大的數(shù)字照相機(jī)對宇宙的各方向進(jìn)行快照。暗能量巡天項(xiàng)目使用的被稱為DECam的相機(jī)，是世界上最靈敏的廣角數(shù)字相機(jī)之一，它的每張照片都能夠覆蓋（從地球上看來）20個(gè)月亮面積大小的宇宙區(qū)域，而且對于微弱的光線極為敏感，能夠探測到來自微暗星系的信號。這個(gè)原本希望探測神秘的推動(dòng)宇宙加速膨脹的暗能量本質(zhì)的項(xiàng)目，卻在令人意想不到的領(lǐng)域里取得了突破。

最近，一個(gè)劍橋大學(xué)的研究小組和暗能量巡天項(xiàng)目的科學(xué)家們通過分析數(shù)以億計(jì)的數(shù)字照片，在銀河系的周圍又發(fā)現(xiàn)了8個(gè)極為黯淡的矮衛(wèi)星星系。矮衛(wèi)星星系是距離銀河系最小也是最近的星系，這種小型的天體圍繞在大星系周圍。因?yàn)樗鼈儤O為黯淡，天體物理學(xué)家們即使是利用最先進(jìn)的技術(shù)進(jìn)行探測，也只能發(fā)現(xiàn)圍繞在銀河系附近的目標(biāo)，但是如果在宇宙中其他星系的情況與銀河系類似，周圍也都圍繞著眾多的矮衛(wèi)星星系，那么宇宙空間就很有可能比人們此前設(shè)想的更加擁擠。天體物理學(xué)家們分析，銀河系這樣的大星系有可能是由眾多的衛(wèi)星星系合并而形成，因此研究矮衛(wèi)星星系對于理解銀河系的形成過程有重要意義。

相比于含有數(shù)以千億顆恒星的銀河系，矮衛(wèi)星星系可能只擁有1000顆左右的恒星（目前發(fā)現(xiàn)的最黯淡的矮衛(wèi)星星系只含有500顆左右恒星），其亮度只是銀河系的十億分之一，而質(zhì)量則只是銀河系的百萬分之一。在2015年之前，科學(xué)家們一共只發(fā)現(xiàn)了銀河系周邊的20多個(gè)矮衛(wèi)星星系，而在2015年一年以內(nèi)，科學(xué)家們就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了20個(gè)矮衛(wèi)星星系，數(shù)目翻倍，其中的17個(gè)是由暗能量巡天項(xiàng)目發(fā)現(xiàn)的，距離地球最近的矮衛(wèi)星星系只有8萬光年，距離地球最遠(yuǎn)的也只有70萬光年。這些新發(fā)現(xiàn)的矮衛(wèi)星星系大多都在暗能量巡天項(xiàng)目所專注的南天球、大小麥哲倫星云附近。而科學(xué)家們相信，這只是一個(gè)開始，未來必定會(huì)通過暗物質(zhì)巡天項(xiàng)目發(fā)現(xiàn)更多的類似天體。

暗能量巡天項(xiàng)目的目標(biāo)是為了探測撕裂宇宙的暗能量，但目前這個(gè)項(xiàng)目對于研究把星系聚合在一起的暗物質(zhì)同樣意義重大。矮衛(wèi)星星系雖然黯淡，但物理學(xué)家們認(rèn)為那里正是暗物質(zhì)聚集的區(qū)域，矮衛(wèi)星星系質(zhì)量的99%可能來自暗物質(zhì)，這讓物理學(xué)家們尤其感到激動(dòng)，因?yàn)槟壳叭祟惖陌滴镔|(zhì)模型預(yù)測了在銀河系周圍存在著暗物質(zhì)為主的矮衛(wèi)星星系（矮衛(wèi)星星系還有可能擁有其自身的衛(wèi)星星系），這些矮衛(wèi)星星系將是人類研究暗物質(zhì)性質(zhì)的絕佳目標(biāo)。

除了對銀河系周邊區(qū)域的新探索，科學(xué)家們還一直希望能夠找到描繪宇宙面貌的新方法。想要建立整個(gè)宇宙的物質(zhì)分布三維地圖，必須有測定宇宙間天體距離的精確方法，而這正是目前宇宙學(xué)觀測中的一個(gè)難題。只有能盡量精確地估算宇宙中天體的距離，天體物理學(xué)家們才能將其與各種關(guān)于宇宙的理論模型進(jìn)行比較。目前人們主要通過宇宙中一些星光（標(biāo)準(zhǔn)燭光）的亮度和到達(dá)地球的光線的紅移來估算距離，但是這兩種方法都很容易受到干擾，容易出現(xiàn)較大的偏差。

美國西維吉尼亞大學(xué)的物理學(xué)家鄧肯· 洛里默

在2007年，西維吉尼亞大學(xué)的物理學(xué)家鄧肯·洛里默（Duncan Lorimer）在澳大利亞Parks天文望遠(yuǎn)鏡搜索脈沖星信號時(shí)在小麥哲倫星云方向發(fā)現(xiàn)了一種快速射電爆發(fā)，這種寬頻帶的射電爆發(fā)只會(huì)持續(xù)幾毫秒，但是會(huì)在瞬間釋放出巨大的能量。因?yàn)榈竭_(dá)地球的路途遙遠(yuǎn)，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，不同波長的快速射電爆發(fā)信號到達(dá)地球的時(shí)間也有所差別，長波信號比短波信號更遲到達(dá)地球，遲到的時(shí)間與波長的平方成正比，這種彌散現(xiàn)象是由電磁輻射在穿過帶電等離子體區(qū)域時(shí)造成的。所謂的帶電等離子區(qū)域，正是分布在宇宙空間中的極為稀少的自由電子所在的區(qū)域。因此，能夠造成這樣的結(jié)果，說明發(fā)生快速射電爆發(fā)的天體距離地球極遠(yuǎn)，估計(jì)在30億光年之外。

天體物理學(xué)家們已經(jīng)觀測到了10個(gè)類似的快速射電爆發(fā)現(xiàn)象，有人認(rèn)為，這種原因尚不為人所知的宇宙現(xiàn)象可能為人類提供一種新型的測量天體距離的方法。2015年9月18日，加拿大英屬哥倫比亞大學(xué)的科學(xué)家克里斯·希格森（Kris Sigurdson）與同事在《物理評論快報(bào)》（Physical Review Letters）雜志發(fā)表論文《彌散距離與宇宙空間的物質(zhì)分布》（Dispersion Distance and the Matter Distribution of the Universe in Dispersion Space），提出了一種利用快速射電爆發(fā)現(xiàn)象估算天體距離的理論方法。這種方法基于一種比較簡單的假設(shè)：宇宙空間中分布的自由電子密度相似，而且造成快速射電爆發(fā)彌散現(xiàn)象的主要原因就是電磁輻射在到達(dá)地球的路線中所穿過的充斥著自由電子的區(qū)域。實(shí)際情況可能會(huì)更加復(fù)雜，造成快速射電爆發(fā)信號彌散現(xiàn)象的不僅與等離子密度有關(guān)，也可能與發(fā)生爆發(fā)的環(huán)境有關(guān)，人們自然是無從得知當(dāng)時(shí)的環(huán)境，而且在宇宙空間中自由電子的密度也不相同，因此可能需要對于估算距離的模型進(jìn)行修改。但是由于人類目前并沒有太多測量宇宙中大距離的方法，因此“任何新方法都?xì)g迎”。

在現(xiàn)代社會(huì)中，人們已經(jīng)可以在極大程度上掌握自己的生活，也可以根據(jù)自身的愿望，極大程度地改變地球上的生態(tài)環(huán)境，人類文明已經(jīng)到達(dá)了極高的水平。只有當(dāng)人類凝望宇宙時(shí)，才會(huì)感受到自身的渺小和無知，感受到對于宇宙的迷茫。

（本文寫作參考了暗能量巡天項(xiàng)目和《物理評論快報(bào)》雜志的報(bào)道）