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30米巨大望遠(yuǎn)鏡將探索“第二地球”及“宇宙膨脹”之謎【4】

2013年07月18日09:29

揭開(kāi)“暗能量”之謎

——第二大主題是“查明暗能量的性質(zhì)”，據(jù)認(rèn)為宇宙加速膨脹的原因是“暗能量”。據(jù)說(shuō)宇宙能量密度的約74％是暗能量。TMT為查明暗能量的性質(zhì)，決定“直接測(cè)量宇宙膨脹率”，這怎么來(lái)實(shí)現(xiàn)？

家：準(zhǔn)確地說(shuō)，是“測(cè)量膨脹率是否在變化”。

宇宙的膨脹減速或加速，那么膨脹速度就會(huì)變化。如果速度變化，遙遠(yuǎn)的銀河和類星體（*5）的紅移也會(huì)變化。

利用這種現(xiàn)象，TMT首先將非常精密地測(cè)量遙遠(yuǎn)銀河和類星體的速度。然后，在10年后、30年后再次測(cè)量，如果宇宙真在加速膨脹，那么可以實(shí)際測(cè)得速度變化。

不過(guò)，“查明暗能量的性質(zhì)”在技術(shù)上還很難做到，因此這是三大主題中最有野心的目標(biāo)。面臨的課題是今后證明可行性。

莫納克亞山山頂?shù)耐h(yuǎn)鏡群和TMT（右）的完成構(gòu)想圖。

*5 類星體

類星體是落入質(zhì)量大約是太陽(yáng)1億倍的黑洞中的氣體發(fā)光、釋放出強(qiáng)烈光芒、亮度相當(dāng)于銀河系約2000億個(gè)恒星的天體。在遙遠(yuǎn)的宇宙上也可以觀測(cè)到，根據(jù)其光譜可以獲得類星體與地球間物質(zhì)的信息

觀測(cè)宇宙大爆炸約2億年后的第一顆星和銀河

——通過(guò)直接測(cè)量膨脹率變化，如何“查明暗能量的性質(zhì)”?

家：暗能量的本質(zhì)是什么尚未弄清。但通過(guò)掌握膨脹率變化，可以掌握暗能量的作用方式。由此可以了解“有多大量”、“能量和作用方式隨時(shí)代如何變化”等。

暗能量可以跟基本粒子一樣，用大型加速器進(jìn)行調(diào)查。這個(gè)概念只在宇宙論的范圍內(nèi)在宇宙年代的范圍內(nèi)成立。因此，只能從天文學(xué)上進(jìn)行調(diào)查�？梢灾苯诱{(diào)查的唯一方法是利用TMT的方法。

——第三大主題是“找出宇宙中誕生的第一顆星”，昴星團(tuán)望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了距離我們124億光年～129億光年（宇宙誕生以后8億～13億年）的銀河。據(jù)認(rèn)為第一顆星誕生于宇宙大爆炸約2億年后，那么用昴星團(tuán)望遠(yuǎn)鏡應(yīng)該無(wú)法觀測(cè)到。觀測(cè)第一顆星的意義何在？

家：在計(jì)算機(jī)上采用很多物理法則，可以模擬出宇宙大爆炸后是如何演化的。在宇宙大爆炸38萬(wàn)年后，宇宙變冷，此前飛濺的質(zhì)子與電子結(jié)合在一起，以中性氫的形態(tài)充滿宇宙（宇宙放晴）。在此之前是“黑暗時(shí)代”，沒(méi)有像星星一樣自主發(fā)光的物質(zhì)。

其中，從“暗物質(zhì)”（由元素構(gòu)成、質(zhì)量是普通物質(zhì)的5～6倍）（*6）的分布變化推測(cè)，物質(zhì)聚集在暗物質(zhì)濃的地方（重力增大的地方），由此推測(cè)第一顆星和銀河可能誕生于2億～3億年后。

TMT將觀測(cè)比昴星團(tuán)望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)的129億光年還遠(yuǎn)的“第一顆星和銀河”（宇宙大爆炸約2億～3億年后的宇宙）　國(guó)立天文臺(tái)提供

*6 暗物質(zhì)

尚未確認(rèn)的不明物質(zhì)。利用“光量”和“波動(dòng)”兩種方法計(jì)算后發(fā)座星系團(tuán)的總質(zhì)量，結(jié)果嚴(yán)重不同，從而首次發(fā)現(xiàn)存在“不發(fā)光的質(zhì)量源”。據(jù)預(yù)測(cè)整個(gè)宇宙中含有暗物質(zhì)的物質(zhì)約占30％。

“不實(shí)際觀測(cè)”，就無(wú)法證實(shí)

——從模擬圖像來(lái)看，感覺(jué)“確實(shí)如此！”

家：不過(guò)，誰(shuí)都沒(méi)見(jiàn)過(guò)當(dāng)時(shí)的宇宙。很多理論學(xué)者將模擬結(jié)果做成了影像，看上去好像見(jiàn)過(guò)，但“不實(shí)際觀測(cè)”，就無(wú)法證實(shí)是不是真的如此。