近日，我國龍蝦眼X射線探測衛(wèi)星成功獲得一批天體的X射線實測圖像和能譜，這是國際上首次獲得并公開發(fā)布的寬視場X射線聚焦成像天圖。該望遠(yuǎn)鏡上的微孔龍蝦眼鏡片以及CMOS（一種圖像感光元件）探測器均為中國自主研發(fā)。
(資料圖片)
可事實上，即便憑借如此厲害的“龍蝦眼”，科學(xué)家通過望遠(yuǎn)鏡看到的也只是天體過去發(fā)出的光。
近如臺燈、遠(yuǎn)如星辰，所有我們看到的光都需要一定時間才能照進人眼，也正因如此，我們有機會可以一睹宇宙過去的樣子，探尋宇宙演化歷程。
為何我們難以看清遙遠(yuǎn)星系的光
宇宙中最古老天體的光，傳播時間也最久，那么為何我們?nèi)匀浑y以發(fā)現(xiàn)它們？
“根據(jù)哈勃定律，我們所處的宇宙一直在膨脹，這些遙遠(yuǎn)的星系都在以一個特定的速度遠(yuǎn)離我們，這個速度和星系到地球的距離成正比。因此，星系在1億年前發(fā)出的光，傳播到地球經(jīng)過的‘路程’，就不止1億光年。而距離我們越遠(yuǎn)的光源，光芒就會越黯淡，因此我們很難在茫茫宇宙中看清這些‘微光’。”北京大學(xué)科維理天文與天體物理研究所博士傅煜銘說。
此外，遙遠(yuǎn)星系發(fā)出的光到達地球的路途十分漫長，其間要經(jīng)歷很多“艱難險阻”，例如光可能會被傳播過程中所遇到的塵埃和氣體等物質(zhì)吸收。同時，對遙遠(yuǎn)星系的探測還會受制于儀器設(shè)備的靈敏度。“如果光被儀器捕捉到時，它的信號和噪聲水平差異不大，我們就很難把信號從噪聲里面分辨出來，也就無法實現(xiàn)探測。”傅煜銘說。
中國科學(xué)院國家天文臺研究員茍利軍表示，來自遙遠(yuǎn)星系的光可能會在輻射強度、顏色與性質(zhì)等方面發(fā)生變化，“例如一個天體的光可以向四面八方進行傳播，但光的接收面積是有限的。也就是說，距離變遠(yuǎn)，光的輻射強度在單位面積上會變小；距離變近，光的輻射強度會在單位面積上變大。”
由于宇宙在不斷膨脹，所以越是早期宇宙發(fā)出的光，其對應(yīng)的光譜線波長就會被宇宙膨脹拉得越長，這一現(xiàn)象被稱為“紅移”，天文學(xué)家經(jīng)常用紅移來標(biāo)記宇宙學(xué)意義上的“時間”。
此外，茍利軍還表示，對于人類而言，通過望遠(yuǎn)鏡捕捉到的最古老的光是有極限的，這個極限所對應(yīng)的宇宙年齡是38萬年。也就是說，我們最早可以看到宇宙在38萬歲時發(fā)出的光。
當(dāng)然，以目前天文望遠(yuǎn)鏡的觀測能力，還遠(yuǎn)達不到這個極限。
“紅移1100附近，是宇宙微波背景輻射發(fā)出的時間，其對應(yīng)的宇宙年齡是38萬年。在這個時間點前，宇宙是一團熱的等離子體，光線的組成要素——光子與自由電子、質(zhì)子發(fā)生散射，所以不能自由穿越宇宙；在質(zhì)子和電子結(jié)合形成中性氫原子之后，光子也與物質(zhì)退耦合，光子能穿越的距離大大變長，宇宙變得透明，我們才能看到天體發(fā)出的光。”傅煜銘說。
多信使天文學(xué)研究助力揭示宇宙奧秘
“對于人類而言，雖然我們無法看到同一星系從形成至今的演化歷程，但我們可以看到很多星系在不同階段的發(fā)展?fàn)顟B(tài)，這些對于更好地理解我們所處的銀河系有著重大意義。”傅煜銘說。
而這些，需要借助更加靈敏的天文望遠(yuǎn)鏡來實現(xiàn)。
自1609年伽利略利用自制望遠(yuǎn)鏡仰望星空以來，400多年的宇宙探索史中凝結(jié)著全人類的努力。1990年，哈勃空間望遠(yuǎn)鏡成功發(fā)射，依托于它產(chǎn)生的海量科研成果刷新了全人類對宇宙的認(rèn)知；2016年，被譽為“中國天眼”的500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡建成，有望接收到宇宙誕生之初天體發(fā)出的電磁信號；2021年哈勃空間望遠(yuǎn)鏡的“繼任者”詹姆斯·韋布望遠(yuǎn)鏡順利升空，其高出哈勃空間望遠(yuǎn)鏡百倍的靈敏度將幫助人類探尋宇宙的更深處；計劃于2023年發(fā)射的我國大型巡天空間望遠(yuǎn)鏡，將與中國空間站共軌飛行，帶來全景式宇宙高清圖……
“除了光以外，我們還可以通過多種方式研究宇宙，中微子、引力波與宇宙線也都攜帶著天體信息，是宇宙天體派出的‘信使’。”茍利軍說，這種結(jié)合多種渠道研究宇宙的方式，就是多信使天文學(xué)研究。通過中微子與引力波，我們可以了解天體的內(nèi)部活動；通過宇宙高能粒子，我們可以探究宇宙早期的物理現(xiàn)象……
隨著更多更強大天文觀測設(shè)備的建成，人類將一步步揭示宇宙演化的奧秘，了解我們從何而來，又將去往何處。
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