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為什麽宇宙大部份是「黑暗和虛無」

2024-09-03科學

你有沒有想過,當你擡頭仰望星空時,那無盡的黑暗到底有多黑?在繁星閃爍的夜空背後,是無邊的黑暗和虛無,而這個看似簡單的問題,卻讓天文學家們困擾了幾十年。

科學家們最新的發現並非突如其來,而是建立在無數觀測和探測的基礎上。美國太空總署的「新視野號」宇宙飛船自2006年發射以來,已經為科學界提供了許多寶貴的發現。最令人熟知的是其在2015年成功近距離飛掠冥王星,首次為人類揭開了這個遙遠冰冷的矮行星的面貌。但新視野號的任務並未因此結束,它的旅程繼續深入宇宙,邁向更遙遠的星際空間。

人類對宇宙的探索,常常聚焦於那些明亮的天體——恒星、星系、行星和彗星。它們無疑是宇宙中的「明星」,吸引了絕大多數的註意力。然而,宇宙並不僅僅由這些發光的天體組成。實際上,科學家早已意識到,宇宙的大部份區域是黑暗的,仿佛永無止境的虛空。在這些區域,幾乎沒有光,也沒有任何物質存在。這些黑暗和虛無被稱為「宇宙光背景」(COB)。

宇宙光背景是一種極為微弱的輻射,源自宇宙大爆炸後的最初光芒和歷經數十億年累積的星光。它們幾乎無處不在,籠罩著整個宇宙。COB的重要性在於,它為科學家們提供了一種獨特的方式來理解宇宙的結構和演化。透過研究COB,天文學家可以推測出宇宙中恒星的形成率、星系的分布以及宇宙早期歷史的蛛絲馬跡。特別是在過去的幾十年裏,科學家們一直努力尋找一種方法來精確測量這微弱的宇宙背景光。然而,地球及其附近環境充滿了各種幹擾,特別是太陽的強烈光線和星際塵埃的散射,使得從內太陽系精確測量COB變得異常困難。

為了克服這些障礙,新視野號飛船遠離了地球,在長達88億公裏的旅程中,它前往太陽系的邊緣——凱伯帶,那裏黑暗而寒冷,幾乎不受太陽光的幹擾。在這個遙遠的星際空間,新視野號透過利用自身的遮蔽功能,防止探測器材被太陽光幹擾,並拍攝了數十張宇宙的快照。透過對這些照片的分析,科學家們首次得到了關於宇宙背景光的最精確估算。

這次觀測的關鍵在於新視野號拍攝的照片極為清晰。這不僅得益於它所處的深空環境,更因為它采用了精密的偵察成像儀(LORRI),能夠準確記錄遠離銀河系核心區域的微弱光線。科學家們仔細校準了這些數據,並將其與普朗克衛星之前在紅外波段拍攝的宇宙背景光進行對比。經過細致的篩選,去除了來自星際塵埃的幹擾,最終得出了一個令人震驚的結果:宇宙的可見光輻射強度僅為每球面度11.16納瓦。

這個結果與天文學家們的預測基本一致。這意味著,過去的理論模型——即星系的光輸出——是準確的,並且沒有遺漏任何顯著的物質或光源。然而,這也進一步證實了宇宙的黑暗程度。在這無盡的空間中,除了來自星系的微弱光芒外,幾乎沒有任何光存在。這個發現使得科學家們可以更加自信地確認,宇宙的大部份區域確實是充滿黑暗和虛無的空曠地帶。

然而,這項研究的真正意義不僅僅在於確認了宇宙的黑暗。它還讓我們對宇宙的起源和演化有了更深入的理解。宇宙大爆炸理論表明,宇宙最初充滿了高能輻射,隨著時間的推移,這些輻射逐漸衰減,形成了今天我們所觀測到的微弱背景光。透過對COB的研究,科學家們可以追蹤到宇宙中早期星系的形成,並推測出恒星誕生的時間和速度。這些數據不僅幫助我們理解宇宙的過去,也為未來的探索提供了寶貴的資訊。

有趣的是,雖然宇宙的黑暗被證實了,但科學家們並未因此感到失望。相反,這種黑暗為未來的天文研究提供了更多的可能性。透過觀測宇宙的黑暗區域,科學家們可以更好地理解暗物質和暗能量的分布。這些神秘的物質和能量雖然無法直接觀測到,但它們的存在對宇宙的結構和演化起到了至關重要的作用。暗物質的重力效應影響了星系的形成和運動,而暗能量則被認為是推動宇宙加速膨脹的原因。理解這些未知的現象,是未來天文學研究中的重要課題。

「龍星系」,宇宙中最黑暗的星系之一,它幾乎沒有任何恒星發出的光芒,只有少量暗物質存在。龍星系的發現讓天文學家們感到極為震撼,因為在以往的觀測中,人們普遍認為星系應該是由大量的恒星組成的,而龍星系卻幾乎是一個暗物質的集合體。

宇宙中最暗的恒星之一是「WISE J085510.83-071442.5」,這顆恒星幾乎看不見,表面溫度非常低,大約只有200攝氏度,相比之下,普通恒星的表面溫度通常超過數千攝氏度。

在經典電影【星際穿越】中,宇宙的黑洞區域被描繪成時間和空間的扭曲之地,而黑暗則充滿了未知的威脅。而在一些古老的神話傳說中,宇宙的黑暗則象征著混沌和初始,代表著一切生命的起源。

科學家們借助現代科技,逐步揭開了宇宙的神秘面紗。然而,隨著我們不斷加深對宇宙的了解,新的問題和挑戰也接踵而至。宇宙的黑暗或許不再像過去那樣令人困惑,但它依然充滿著無盡的未知。無論是對暗物質和暗能量的探索,還是對極端星體的研究,都將在未來的天文研究中扮演重要的角色。正如新視野號的旅程一樣,我們的探索之路也遠未結束。宇宙的黑暗或許代表著空無,但它也是科學家們追尋知識的無盡動力。