天空之光

这一次，大自然没有给我们出难题。去年春天，两个研究宇宙大爆炸遗留微波辐射的团队报告说，宇宙的整体形状是平坦的。换句话说，平行的光束沿着直线传播，永不相交，就像高中几何课上的平行线一样。考虑到一些奇怪的宇宙模型曾预测宇宙可能呈甜甜圈或马鞍形，这一发现多少让人松了一口气。

这些多个蓝色的烟圈实际上是一个遥远的星系，它的图像被附近黄色星系团周围弯曲的空间分割并放大。照片由W. Colley/NASA提供

但别这么快就丢掉阿司匹林。这种平坦空间的概念仅适用于整个宇宙。根据阿尔伯特·爱因斯坦的广义相对论，每一个质量都会产生自己的微小扰动，就像一张巨大的投票卡上的一个凹痕。弯曲的空间在局部区域——包括我们自己的太阳系——非常普遍。

例如，太阳会明显地弯曲任何从其表面附近经过的光线。1919年观看日食的科学家们发现，天空中靠近太阳的恒星似乎因太阳引力而略微偏移，这似乎证明了相对论，并使爱因斯坦成为名人。在20世纪70年代末，NASA工程师在监测从火星上的“维京号”探测器发出的信号时证实了这一效应。当这颗行星经过太阳边缘后面时，无线电波不得不沿着太阳周围空间的曲率传播。因此，它们走了更长的路线到达地球，并晚了，就好像火星突然又远了18英里一样。

在20世纪90年代，天文学家发现了深空中一些真正巨大的弯曲。在一种情况下，一个原始的蓝色星系出现在天空中五个不同的地方，它的图像被前方星系团周围的陡峭曲率分割。在另一种情况下，一个名为Abell 2218的星系群像一个透镜一样，将更遥远星系的图像挤压并放大成细长的弧形。这些扭曲的景象有很多值得学习的地方。弯曲的程度揭示了中间星系的质量，而引力放大效应则使昏暗的背景物体清晰可见。

十多年前，普林斯顿大学的天体物理学家Bohdan Paczynski提出，可以利用更温和的弯曲空间现象来探测暗物质，这是一种神秘的不可见物质团块，被认为构成了我们星系的大部分质量。如果一个看不见的物体（暗物质或只是昏暗的普通物质）从一个更遥远的恒星前面经过，它的空间弯曲就会像一个“微透镜”一样，暂时放大恒星的亮度，并识别出这个黑暗的闯入者。

这类事件会很少发生，所以Paczynski等人建立了计算机化观测项目，以检查星系中拥挤区域数百万颗恒星的光线。1993年，这些努力产生了首次观测到的微引力透镜事件，此后又发现了数百起。大多数结果都是否定的：没有清晰的外来新物质迹象，也没有其他恒星周围存在行星的迹象。但去年，一项观测发现了一些漂浮在我们星系中的孤立黑洞的初步证据。

就在今年春天，使用智利甚大望远镜的研究人员获得了空间弯曲的重大发现。他们观察到一颗双星从一颗更远的恒星前面经过，形成了一个不寻常的双超透镜。通常情况下，即使通过最大的望远镜，恒星也只是微小的亮点。但超透镜将背景恒星放大到科学家可以逐条检查其表面的程度，就像CT扫描一样。通过这种方式，他们获得了除了太阳之外，对恒星的第一个详细观察。

俄亥俄州立大学的天文学家Andy Gould有更宏伟的项目。他打算利用NASA即将推出的耗资10亿美元的太空干涉测量任务，利用引力透镜来研究邻近的恒星、褐矮星、中子星和黑洞——这是一项真正令人费解的任务。