天文学家是如何了解宇宙的过去、现在和未来?( 二 )


天文学家是如何了解宇宙的过去、现在和未来?

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在宇宙打爆之后的38万年后 , 就开始在宇宙中传播 , 可以说这是我们能够观测到的古老的电磁波了 , 我们可以从宇宙微波背景辐射当中获取到宇宙早期的情况 , 所以才说能回溯过去 。
天文学家是如何了解宇宙的过去、现在和未来?

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宇宙微波背景辐射有什么用?
早期观测的宇宙微波背景辐射的图像是特别粗糙的 , 从中很难得到精确的信息 , 信息密度也不够高 。后来 , 科学家想尽更重办法去提供整个观测精度 , 得到了更好的宇宙微波背景辐射的图像 。
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其中在1989年发射的COBE卫星 , 就大幅度提升了人类对于宇宙的认识 。COBE卫星获得到的宇宙微波背景辐射并不是均匀的 , 而是存在10万分之一的微小起伏 , 那这有什么意义呢?
这一点微小的起伏其实代表着宇宙不同地方的物质密度是不一样的 , 同时也预示着这点微小的差异在宇宙未来的演化过程中对应着形成各种各样不同的结构 , 这个不同的结构其实就是恒星和星系 。也就是说 , 星系和恒星其实就是来自于物质密度的微小差异 。
如果宇宙初期是绝对的、完美的平均 , 那么所有的物质都会处于一种平衡状态 , 也就没有办法聚集在一起形成星系或者恒星了 。
后来 , 2009年欧洲航天局发射了普朗克太阳望远镜 , 科学家想获得更加精确的宇宙微波背景辐射图象 , 所以普朗克望远镜是跑到地球轨道上 , 绕着太阳运动 , 这样就不会受到地球的干扰 。它距离地球的距离是月球距离地球距离的4倍 。普朗克卫星后来进行了长达5年的持续观测 , 得到了目前为止最精密的宇宙微波背景辐射的资料 。
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这些资料要远比COBE卫星发回来的还要精准得多得多 , 精确度高出一个数量级 , 很多细节部分得到了补充 。通过普朗克卫星发回的宇宙微波背景辐射 , 我们得到许多目前天文学最新的数据 , 我们可以简单罗列一下:
  • 宇宙的年龄从137亿年变更为138亿年 。(更精确的说法是137.99±0.21亿年)
  • 哈勃常数测定为67.15 km/s/Mpc , 哈勃常数有什么用 , 我们下文具体介绍 。
  • 宇宙的物质组成如下:(这里强调一下 , 其实这是观测结合了理论进行计算得到的 , 并不是直接观测出来的 。)

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其他参数都好理解 , 但哈勃常数就比较复杂了 , 哈勃常数原本是描述星系红移的速率 。但在这里其实和宇宙的密度 , 科学家假定宇宙是平坦的 , 意思是宇宙不弯曲 。事实上 , 普朗克卫星观测的结果也确实是这样 , 在千分之六的精度上是平坦的 。于是 , 我们可以得到一个宇宙密度公式 , 这当中的未知参数是哈勃常数 , 带入就可以知道如今的宇宙密度 。有了如今的宇宙密度 , 再和宇宙的临界密度做比值 , 就可以得到一个参数Ω 。
根据Ω具体的取值 , 我们可以知道宇宙的形状 。
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同时 , 它还对应了宇宙的未来 。
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因此 , 宇宙微波背景辐射本质上是一个可以告诉科学家宇宙各种参数的“武功秘籍” , 它让科学家知道宇宙的过去 , 现在和未来 。




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