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138.2亿年:最精确的宇宙年龄

已有 2475 次阅读 2013-5-12 16:01 |个人分类:科技风云|系统分类:观点评述|关键词:学者

文/杨书卷

     我们生活的宇宙,已经度过了138.2亿年的岁月——欧洲航天局3月21日宣布,他们测出了迄今为止最精确的宇宙年龄。

     这个数字,比之前估算的宇宙的年龄“大”了0.8亿年,也就是说,宇宙比科学家原先设想的更加古老,而且,描述宇宙膨胀速率的哈勃常数变小了,这说明宇宙的膨胀速度比原先计算的要慢。另外,科学家还重新“分配”了宇宙的物质组成:宇宙中“正物质”的比例由原先的4.6%上升到了4.9%。“暗物质”的比例从24%上升到了26.8%,而相应的是,“暗能量”的占比从71.4%下降到了68.3%,预计更多数据的进一步分析结果将在2014年发布。

     科学家用来“描绘”宇宙的“利器”,是2009年发射升空、造价高达9亿美元的普朗克空间望远镜,当时制造它的主要任务就是对整个天空进行巡视观测,通过测量宇宙微波背景辐射,探索宇宙的边缘。宇宙微波背景辐射是一种充满整个宇宙的电磁辐射,产生于宇宙大爆炸之后的38万年,其温度从开始时超过10亿℃,随着宇宙的膨胀逐步冷却,到现在残留约3K左右。普朗克空间望远镜花费了15.5个月拍摄这一宇宙最古老的光线,形成了高精度宇宙微波背景辐射图像,可以让科学家逐层剥析宇宙进化过程,“提取”最精确的宇宙成分,从而呈现出一幅最完整的宇宙蓝图。

     值得关注的是,此次描绘的宇宙全景,证实了人们之前提出的一些有关宇宙的假设——例如宇宙大爆炸理论以及所谓的“宇宙学标准模型”理论,同时也带来了新的谜团——以往人们认为宇宙应当是各向同性的,但现在显示天空的两个方向上的光的模式存在差异性,这些奇特的出乎意料的新现象,将促使科学家们回头去重新思考一些最基本的宇宙假设。

     这是迄今为止对宇宙全貌的一次最精确的修正,天文学家一直以来都翘首以盼,希望能获得这份宇宙地图,因为新的测量数据对于未来的科学研究和空间探测都至关重要。现在,终于可以暂时松口气了。

     不过,对普通人来说,有关宇宙的“数字”,实在是太大太大了,就算是被修正,也完全难以体会这其中的差异。碰巧的是,最近发生的“旅行者1号”探测器脱离太阳系的事件,也许能让我们对此有一个稍稍形象的了解。

     “旅行者1号”是美国于1977年发射的一艘无人太空探测器,它曾到访过木星及土星,是现在飞行速度最快的人造飞行器,2012年6月14日,美国航空航天局(NASA)宣布,“旅行者1号”在经过长达33年的长途跋涉,飞行约合177亿公里之后,目前已经接近太阳系边缘——而它的飞行距离,也只不过是太阳系半径的千分之一!

     美国新墨西哥州立大学天文学家W.R. Webber报告说,从NASA宣布“旅行者1号”接近太阳系边缘后,“旅行者1号”接收到的宇宙射线就发生了剧烈变化,通常存在于太阳系外层的相关种类射线跌至先前水平的1%,同时来自太阳系外部的宇宙射线则达到先前水平的2倍,而最近宇宙射线水平比较稳定,研究人员因此认为,“旅行者1号”已经成为首个真正飞出太阳系的人造物体,这将是人类太空探索历史中的重要时刻,标志着“星际”探索新时代的到来。“旅行者1号”携带有“地球名片”——刻有各种几何图案的镀金铜片,记录有地球上各种声音的唱盘,其核动力电池将持续到2025年,当电池耗尽之后,它们会停止工作,但将会继续向着银河系的中心前进。

     人类如此执着于探索宇宙,除了好奇心之外,还有一个很重要的目的,就是为未来移居外星球做好准备,这可不是“杞人忧天”,美国和法国行星科学家最新研究就发现,地球正在移出太阳系的“宜居区”,未来将变得不再适宜居住,而且其移动速度比预先认为的还要快。

     科学家公认的“生命宜居区”是恒星周围的一个区域,这个区域是环形的,它既能让行星围绕其母恒星运转,又不会使行星上的水散失到空间,这样行星表面上就会有液体水存在,而这是生命发展的重要前提,地球恰好就幸运地存在于太阳系的“生命宜居区”内。

     不过,现在情况正在改变。之前公认的太阳系中的宜居带始于约0.95个天文单位(地球到太阳的平均距离被称为1个天文单位),此时地球的位置最让“生命”舒适;然而,美国宾夕法尼亚州立大学的研究人员James Kasting和NASA的最新研究表明,该宜居区的内部边缘已变为0.99个天文单位,这说明太阳系最舒适的“生命宜居区”正逐渐“离开”地球。

     而这就意味着,地球上部的“同温层”将变得十分潮湿,并会随着地球表面变暖而完全饱和,呈现出潮湿温室效应,结果是水分子离解,不断释放氢至太空中,也就是海洋中的水不断蒸发,而最极端的情况,就是恶性发展的温室效应将占支配地位,结果使得海洋水蒸发殆尽,地球将变为第二个“金星”——表面温度很高,不存在液态水,极高的大气压力和严重缺氧,这可是够残酷的自然条件。不过,虽然听起来挺“可怕”,但这也是以“亿年”为基础的缓慢变化,现在似乎还不足为虑。

     无论怎么努力,我们都永远想像不出宇宙有多么宏大,岁月有多么久远——它实在太大太古老了。不过,我们还是有方法拉近一下和宇宙的距离:科学家用来测量宇宙的3K微波背景辐射,其实大家都经历过:如果你的电视机接收不到任何信号,就会看到雪花一样的锯齿形静电,这时候你不必抱怨——其中的噪音大约有1%是由这种古老的大爆炸残留物造成的——其实,我们一直都在观看着宇宙的诞生。




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