WMAP衛星究竟看了多遠的距離

WMAP 衛星

2003年2月，一些通常持保留態度的天文物理學家在談論從最近一顆衛星 得到的精確數據時，異口同聲地讚歎道：「不可思議!」 「 一個新的里程碑!」 WMAP(威爾金森微波各向異性探測器）是以宇宙學家大衛•威爾金森（David Wilkinson)的名字命名的，於2001年發射升空，已給予科學家前所未有的精確的 年齡僅有380 000年的早期宇宙的詳細圖片。

從誕生星星和星系的原始火球留 下的巨大能量環繞了我們的宇宙幾十億年。今天，它最終被WMAP衛星異常詳 細地捕捉在影片上，產生了一幅以前從未見過的天空照片，驚人地、詳細地呈現 大爆炸所產生的微波輻射。這些輻射被《時報》雜誌叫做「創世的回波」。

天文 學家再也不會以同樣的方式看待天空了。

普林斯頓高級學術研究所的約翰•巴赫恰勒（John Bahcall)說：「WMAP的 發現代表了宇宙學從推測到精密科學的跨越。」從宇宙歷史的早期得到的這些 數據使宇宙學家首次能夠精確回答遠古時代的所有問題，自從人類第一次看到 夜晚天空的美麗景色，這些問題就一直困惑著人類，並激起他們的好奇心。宇宙 有多大年紀了？宇宙是由什麼構成的？宇宙的命運是什麼？

(1992年的前一顆COBE〔宇宙背景探測衛星〕

給了我們這些充滿天空的背 景輻射的第一張聚焦不好，從而模糊不清的圖片。儘管這個結果是革命性的，但 是因為它給出的早期宇宙的圖片太不清楚了，所以令人失望。但這並沒有妨礙 出版界將這張照片激動地稱為「上帝的臉」。然而，從COBE得到的這張模糊的 照片更確切的說法應該是代表宇宙幼年的「嬰孩照片」。

如果今天宇宙是一個 80歲的老人，則C0BE和後來的WMAP所得到的照片是一個新生的不到1天的 宇宙。）

WMAP衛星能夠給我們前所未有的宇宙幼年的照片的原因是，夜晚的天空 像一架時間機器。

因為光傳播的速度是有限的，我們在夜晚看到的星星是它過 去的樣子，而不是現在的樣子。因此當我們凝 視月亮時，我們看到的是它1秒鐘以前的樣子。光從太陽到達地球需要大約8 分鐘。

同樣，我們在天上看到的很多熟悉的星星是如此之遠，光從這些星星到達 我們的眼需要10到100年。換句話說，它們距離地球10到100光年。1光年大 約是6萬億英里（約9. 656萬億千米），或光1年走過的距離。從遙遠星系來的 光可能有幾億到幾十億光年之遠。結果，這些光代表了「化石」光，有些甚至是 在恐龍出現之前就發射出來的光。我們用天文望遠鏡能夠看到的有些天體叫做 類星體，

它們是巨大的發動機，在可見宇宙邊緣附近發出難以想象的能量，這些 類星體離地球120億到130億光年。現在，WMAP衛星已檢測到甚至是在此之 前從創造宇宙的原始火球所發出的輻射。

為了描述宇宙，宇宙學家有時採用從曼哈頓100多層高的帝國大廈向下看 的例子來說明。當你從頂層向下看時，你僅僅能夠看到街道水平面。如果帝國 大廈的基礎代表大爆炸，那麼從頂層向下看，遙遠的星系將位於第10層。通過 地球望遠鏡看到的遙遠的類星體將位於第7層。WMAP衛星所測量的宇宙背景 則僅高出街道半英寸（約1.27厘米）。這樣WMAP衛星測量得出的宇宙年齡為 137億年的精度達到令人吃驚的1%。

WMAP完成的使命是十幾年來天文物理學家艱苦工作所達到的頂點。 WMAP衛星的設想是在1995年首次提交給NASA(美國同家航空航天局）的，兩 年之後得到認可。在2001年6月30日，NASA將WMAP衛星搭載在德爾塔II (Delta II )火箭上，將它發射到位於地球和太陽之間的太陽軌道上。目標仔細選 在拉格朗日點2(或L2點，一個特殊的靠近地球的相對穩定點）。從這一有利的 地點，該衛星總能背向太陽、地球和月亮，因此能夠得到完全不受障礙的宇宙的 視野，它每6個月完全地掃描一次整個天空。

它的儀器是最新式的。利用它的強大的感測器，它能夠檢測大爆炸所留下 的充斥宇宙的微弱的微波輻射，但是這些輻射大部分被我們的大氣吸收掉了。 這顆由鋁合金和複合材料製造的衛星內徑3. 8米（11. 4英尺），外徑5米（15英 尺），重840千克（1 850磅）。它有兩架背靠背望遠鏡聚焦來自周圍天空的微波 輻射，它最終將數據用無線電發回到地球。它的電源僅419瓦，相當於5只普通 的燈泡。離開地球100萬英里（約161萬千米），WMAP衛星位於地球大氣的干 擾之外，微弱的微波背景輻射不會被地球大氣遮擋，並且能夠持續不斷地觀察整 個天空。2000年4月，該衛星完成了對整個天空的首次觀察。6個月後做了第 二次整個天空的觀察。今天，WMAP衛星給了我們最完善的、詳細的微波輻射 圖，這是以前從來沒有得到過的。1948年，喬治•伽莫夫和他的小組曾首先預 言了 WMAP所檢測的微波背景輻射。他還指出這一輻射有一個與其相關的溫 度。WMAP測量的這個溫度比絕對零度K( -273. 15 T)高一點，在絕對溫度

2. 724 9 至 2_ 725 1 度之間。

WMAP所拍攝的天空圖用肉眼看上去並不怎麼有趣，只是一群隨機分佈的 斑斑點點。然而，這些斑斑點點卻讓一些天文學家激動得落下眼淚，因為它們代 表了在宇宙創造之後不久所發生的大爆炸所產生的原始火災的波動和不規則。 這些小的波動就像「種子」一樣從此以後無限擴展，就像宇宙本身向外爆炸一 樣。今天，這些小的種子發展成我們所看到的照亮天空的星團和星系。換句話 說，我們所在的銀河系（Milky Way galaxy)和我們周圍的星團曾經是這些波動之 一。通過測量這些波動的分佈，我們看到星團的起源就像畫在天上的宇宙織錦 上的小點。

今天，大量的天文數據積累的速度超過了科學家建立理論的速度。事實上， 我認為我們正進入一個宇宙理論的黃金時代。（儘管WMAP衛星給人深刻的印 象，與歐洲2007年要發射的普朗克〔Planck〕衛星相比，它可能會成為一個矮子。 普朗克衛星將給天文學家更加詳細的有關微波背景輻射的圖片。）在多年的思 索和瘋狂的猜想之後，今天宇宙論終於成熟。在歷史上，宇宙學家因名聲不是太 好而感到痛苦。他們滿懷激情所提出的有關宇宙的宏偉理論僅僅符合他們的一 點可憐的數據。正如諾貝爾獎獲得者列夫•蘭道（Lev Landau)所諷刺的：「宇宙 學家常常是錯誤的，但從不被懷疑。」科學界有句格言思索、更多的思索，這就 是宇宙學。」