宇宙究竟有多大？這個探測器或將告訴你答案

9月14日消息，據《福布斯》報道，宇宙中最遙遠的物體究竟有多遠？宇宙的過去是如何膨脹的？從「大爆炸」算起，宇宙迄今究竟有多老、多龐大？面對這些問題，人類通過一系列巧妙的實驗設計，試圖用兩種不同的方法予以回答：

1. 從「大爆炸」留下的余輻射來觀察所有尺度上的微小變動——即宇宙微波背景輻射（CMB）——以重建宇宙的形成和擴張歷史。

2. 利用「宇宙距離尺度」（cosmic distance ladder）來測量地球到某些恆星的距離，到附近星系的距離，以及到更遠星系的距離，從而重建宇宙擴張的速度和歷史。

然而有趣的是，兩種方法在數據結論上存在很大的差異。為了找到「真理」，歐洲太空署執行了代號為「蓋亞」（GAIA）（網易編輯註：蓋亞是希臘神話中的大地女神，擁有非常顯赫且德高望重的地位。她是古希臘神話中的大母神，創造了原始神祇和宇宙萬有的創造之母，所有神靈和人類的始祖母神。）的太空觀測任務，而該任務預計將會在9月14日釋放出首批觀測到的數據。

由「大爆炸」留下的余輻射是目前人類唯一可用的數據，而這個數據也可能是宇宙留給我們最為強大的信息。通過觀測這些余輻射，我們知道宇宙正在以67km/s/Mpc的哈勃常數擴張——Mpc意為百萬秒差距，約為326萬光年。而每距離一個Mpc的星系都在以67km/s的速度遠離另一個星系。此外，由COBE（宇宙背景探測者）提供的宇宙微波背景輻射數據也告訴我們，浩瀚的宇宙中有68%由暗能量組成，另外的32%則由暗物質和正常物質構成。宇宙從形成至今大約經歷了138.1億年。

測量宇宙的擴張過程其實也還有另一種方法，即「建造」一個宇宙距離尺來進行觀察。人類並不能簡單地通過觀看遙遠星系而知道它與地球的距離；人類也是花費了數百年時間才開始明白星空中的那些「螺旋」和「橢圓」其實並不身處我們的銀河系；人類更是經歷了一系列卓越的進步才終於在今天知道了如何精確地測量天文距離。譬如：

我們基於望遠鏡的發明，分別建造了「牛頓」和「開普勒」，從而學會了如何測量太陽系的距離，。

我們利用地球圍繞太陽公轉的現象，創造了被稱為「視差法」（parallax）的幾何測量技巧，從而學會了如何觀測系外恆星的距離。

我們通過對「視差法」觀測到的系外恆星距離進行分類，從而學會了如何測量銀河系與其它星系的距離。

最後，我們通過對其它星系的屬性進行分類，如表面亮度變化、自轉速度、超新星數量等，又學會了如何觀測更遙遠星系的距離。

「宇宙距離尺」測量法是更古老、更直觀、預設要求更少的方法。但其結論卻長期的與「宇宙微波背景輻射」法不相吻合。具體地說，前者告訴我們宇宙擴張的速度大約為74km/s/Mpc，即比「宇宙微波背景輻射」告知我們的67km/s/Mpc快了約10%——這意味著，宇宙要麼比我們想像的年輕，或者規模小，要麼就是黑暗物質的比重與「宇宙微波背景輻射」法的結論大不相同。而造成這種差異的最大變數其實就是「視差法」中測量到的這些地球附近的恆星。

「蓋亞」任務就是為了解決這個問題而誕生。超越所有之前的努力，「蓋亞」衛星將會測量銀河系內超過10億顆的恆星的亮度和位置。其中，數百萬顆的恆星通過「視差法」測距將會達到20微角秒（?as）的精確度，另外數億顆的恆星測距將會達到200微角秒的精準。而那些用肉眼就能看到的恆星，甚至有可能達到7微角秒的精準。

「蓋亞」於2013年發射，迄今已運行了將近兩年。「蓋亞」圍繞地球軌道旋轉，能夠利用「視差法」測量恆星的精確三維方位。有了這些數據，人類甚至還能夠推測這些星體的運動軌跡，從而極大地降低了此前提到的「視差法」測量中存在的不確定性差異。「蓋亞」的數據也能為人類分類星團和星系屬性提供幫助，這也為建立更強大的「宇宙距離尺」創造了條件。

當前階段，「宇宙微波背景輻射」法和「宇宙距離尺」法在有關宇宙的形成時間、擴張速度以及基本構成上給出了不完全詳盡的答案。相信「蓋亞」的數據被披露後，人類可以更準確地了解宇宙的信息。目前大多數的天文學家都希望過去的「視差法」測量是存在錯誤的，因為只有這樣，兩種方法的結論才能統一，人類才會翻開認識宇宙的新篇章。

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