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瞭望宇宙盡頭

2022-01-09 03:56朱國(guó)順
新民周刊 2022年1期
關(guān)鍵詞:哈勃韋伯星系

朱國(guó)順

仰望星空的時(shí)候,很多人大概都會(huì)想:宇宙的盡頭是什么?

也許在不太長(zhǎng)的時(shí)間之后,你有可能會(huì)知道是什么。

北京時(shí)間2021年12月25日晚上8點(diǎn)15分,在南美洲法屬圭亞那庫(kù)魯航天基地,阿麗亞娜五號(hào)運(yùn)載火箭帶著韋伯太空望遠(yuǎn)鏡成功升空。這架迄今最先進(jìn)的望遠(yuǎn)鏡,將在一個(gè)月內(nèi)到達(dá)距離地球150萬公里的拉格朗日L2點(diǎn),再經(jīng)過6個(gè)月的調(diào)整,它將有可能看到135億光年外的影像,接近宇宙的起源。

那可能就是宇宙的盡頭。

當(dāng)然,這一切都是基于我們目前的宇宙大爆炸理論,是正確的。

按照宇宙大爆炸理論,我們目前身處、已知的宇宙,是在距今138億年前,一組極高溫度、極高密度、極高壓力的物質(zhì)突然發(fā)生變化,在極短的時(shí)間里發(fā)生了快速膨脹和冷卻而形成的。在僅僅幾秒鐘的時(shí)間里,類似于爆炸的膨脹和冷卻,將物質(zhì)從電子、光子和中微子等基本粒子形態(tài),逐步形成原子、原子核、分子,并復(fù)合成為通常的氣體。氣體逐漸凝聚成星云,星云進(jìn)一步形成各種各樣的恒星和星系,最終形成今天的宇宙。

宇宙的起點(diǎn)在138億年前。如果要探索宇宙的起源,那就需要回到最初的時(shí)光,在138億光年遠(yuǎn)的地方,那里有宇宙大爆炸最初那道光芒,是理論上能夠讓我們感知的極點(diǎn)。可以說,人類迄今所有關(guān)于太空、宇宙的探索,就是為了盡可能接近那里。

如何去看到呢?最好的方式,是探測(cè)電磁波。任何高于絕對(duì)溫度零度的物體,都會(huì)釋放出電磁波,溫度越高,釋放的電磁波頻率越高,波長(zhǎng)越短。大部分電磁波都是黑體輻射,人的肉眼看不見,只有頻率在385-750太赫茲、波長(zhǎng)在780-400納米的電磁輻射,是我們可以看見的,那就是日常分為七色的可見光。利用這樣的原理,人類制造了一系列探測(cè)和傳輸設(shè)備,從看不見的雷達(dá)探測(cè)、無線電波傳輸,到看得見的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡、顯微鏡等等。

感知宇宙同樣如此,我們有射電望遠(yuǎn)鏡,也有光學(xué)望遠(yuǎn)鏡。從人類感知來說,光學(xué)顯示更直觀、更清晰。光學(xué)顯示除了七色光譜的可見光外,在紅端之外還有著波長(zhǎng)更長(zhǎng)的紅外光,紫端之外有著波長(zhǎng)更短的紫外光,紅外線和紫外線雖然不能直接可見,但可以通過儀器進(jìn)行記錄和顯示,大大增強(qiáng)了人類的視野,比如通過紅外探照燈,就可以在伸手不見五指的黑夜看到清晰的景象。

用于宇宙探測(cè)的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡,此前最有名的是哈勃望遠(yuǎn)鏡,它主要用于可見光和紫外光探測(cè)。但宇宙中遍布天體運(yùn)動(dòng)帶來的塵埃,會(huì)吸收大量可見光,遮擋大量恒星和行星,因而最新發(fā)射的韋伯望遠(yuǎn)鏡采用了紅外探測(cè),希望能穿透塵埃、感知更遠(yuǎn),看清宇宙更深處微弱的熱源和掩藏的秘密。

哈勃望遠(yuǎn)鏡口徑2.4米,韋伯的主鏡片直徑達(dá)到了6.5米,面積達(dá)25.4平方米,是哈勃的6倍。6.5米超過了阿麗亞娜火箭直徑,因而韋伯的鏡片被細(xì)分為18面六邊形的分鏡,折疊后到太空再打開。由于鏡片將在低于零下220攝氏度的環(huán)境工作,因而采用了堿土金屬鈹制作,剛性強(qiáng)、熱穩(wěn)定性和傳導(dǎo)率高、密度低,加工精度控制在10納米內(nèi),只是數(shù)十個(gè)鈹原子的長(zhǎng)度。表面用氣相沉積噴涂了一層120納米厚的黃金,用于提高傳導(dǎo)效果即靈敏度,金層外又噴涂了一層極薄的二氧化硅,保護(hù)柔軟的金層。

在拉格朗日L2點(diǎn),韋伯與地球太陽形成一條直線并且引力恒等,相對(duì)位置始終保持不變。但陽光會(huì)導(dǎo)致韋伯升溫,不利于紅外觀測(cè),為此在背向太陽的一面,設(shè)置了300平方米面積的五層防護(hù)陽光熱量的太陽盾。每層均由電鍍形成的硅膜與鋁膜組成,厚度在25微米至50微米之間,每層都可減少90%的熱量,并輔以液氦制冷技術(shù),最終能將溫度降低300攝氏度,確保韋伯望遠(yuǎn)鏡始終在零下230攝氏度左右工作。

2020年1月,哈勃望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了一個(gè)EGS77三重星系群,它大約誕生于宇宙大爆炸后的6.8億年,是迄今發(fā)現(xiàn)的最遙遠(yuǎn)、最古老星系群。按照預(yù)測(cè),韋伯望遠(yuǎn)鏡將能觀測(cè)到135億多年前的星系,那時(shí)距離宇宙大爆炸只有2億多年時(shí)間,非常接近宇宙起源,很有可能觀測(cè)到宇宙第一批天體的形成和演化。

或許,那就是宇宙遙遠(yuǎn)的盡頭。

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