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衡量宇宙

了解宇宙微波背景如何揭示有关宇宙大爆炸后膨胀和命运的秘密。

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天文学家告诉我们,宇宙正在膨胀。但是,它会永远膨胀下去吗?或者宇宙是否有足够的质量,使其自身的引力最终会减缓膨胀,甚至使其坍缩成一个致密的火球?由于宇宙的质量无法直接测量,天文学家一直无法在相互竞争的理论模型中做出选择。然而,到 2001 年,天文学家可能最终会得到这个终极问题的答案,这得益于一项耗资 7000 万美元的任务——已于 4 月获得 NASA 批准——该任务将以前所未有的细节绘制大爆炸遗留下来的背景辐射图。

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天文学家于 1992 年通过宇宙背景探测器 (COBE) 卫星收集的数据,首次近距离观察了宇宙微波背景。COBE 揭示了微波背景中微小的温度波动。天文学家认为,这些波动产生于大爆炸释放的能量消散之时,使得在原始爆炸后不久形成的自由移动的高能电子和质子减速,足以形成物质原子。空间的不同区域包含不同数量的物质,因此吸收和再辐射能量的方式也不同,从而产生了 COBE 测量的温度皱纹。

尽管 COBE 的发现很重要,但它的分辨率仍不足以为天文学家提供测量宇宙密度和命运所需的信息。COBE 的主要目标是确定波动是否存在,领导这项新 NASA 项目的查克·贝内特 (Chuck Bennett) 说。COBE 的分辨率使其能够以大约 14 个满月宽的补丁来检查天空。

NASA 的新航天器,微波各向异性探测器 (MAP),配备了最先进的电子设备,将收集比 COBE 多 100 倍的数据。虽然目前正在开发的一些地面望远镜也会对 COBE 进行改进——例如,它们可能能够发现早期宇宙中正在诞生的星系——但地球大气层仍然会限制它们对微波背景的观测,使其不太适合测量宇宙的整体密度。贝内特说,一旦 MAP 的数据到位,天文学家将能够使用不同的宇宙密度值进行计算机模拟,然后看看哪个模型最接近地再现了 MAP 测量的微波波动。成功模拟中使用的密度将告诉天文学家宇宙是否有足够的物质来阻止其膨胀。

贝内特说:“我们需要六个月的时间来覆盖天空,还需要一定的时间来分析数据,但到 2001 年,我们将知道很多答案。这非常惊人。”

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