藝術(shù)示意圖：正在軌道上工作的美國(guó)宇航局斯皮策空間望遠(yuǎn)鏡。這臺(tái)工作在紅外波段的望遠(yuǎn)鏡近期給出了迄今最精確的宇宙膨脹測(cè)量數(shù)據(jù)

　　量天尺：造父變星擁有獨(dú)特的周光關(guān)系，被天文學(xué)家們稱作“宇宙標(biāo)準(zhǔn)燭光”。正是借助這些量天尺的幫助，我們得以以更高的精度對(duì)宇宙膨脹速率進(jìn)行測(cè)量

　　北京時(shí)間10月8日消息，據(jù)英國(guó)《每日郵報(bào)》報(bào)道，天文學(xué)家們最近給出了有關(guān)宇宙膨脹速度迄今最為精確的測(cè)量值。一個(gè)科學(xué)家小組使用美國(guó)宇航局斯皮策空間望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行的最新測(cè)量顯示，宇宙的膨脹速度約為46英里(74公里)每秒·每百萬秒差距(更精確的數(shù)值為：74.3 ± 2.1 (km/s)/Mpc)。

　　美國(guó)天文學(xué)家埃德溫·哈勃(Edwin Hubble)在上世紀(jì)初首先通過大量細(xì)致的觀測(cè)發(fā)現(xiàn)宇宙正處于不斷膨脹之中，并且這種膨脹自從宇宙誕生以來就已經(jīng)開始了。

　　根據(jù)目前主流的科學(xué)認(rèn)識(shí)，科學(xué)家們認(rèn)為宇宙是在大約137億年前的一次大爆炸中誕生的，而既然是一次劇烈的膨脹過程，那么測(cè)算出其膨脹的速度將是至關(guān)重要的，這一數(shù)值就被稱為“哈勃常數(shù)”，一般在物理學(xué)中都會(huì)用大寫的H來表示，這一數(shù)值對(duì)于確定宇宙的年齡和大小將是極端關(guān)鍵的。

　　斯皮策空間望遠(yuǎn)鏡工作在波長(zhǎng)較長(zhǎng)的紅外波段，而不是可見光波段。其最新的測(cè)量數(shù)據(jù)將此前由哈勃空間望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行的一項(xiàng)類似觀測(cè)的精確度提升了3個(gè)數(shù)量級(jí)，將該數(shù)值的不確定性范圍降低至3%以內(nèi)，這是對(duì)于宇宙學(xué)測(cè)量領(lǐng)域的一次重大飛越。天文學(xué)家們表示，本次最新精確化的這一數(shù)值是74.3 ± 2.1 (km/s)/Mpc，其中1百萬秒差距約相當(dāng)于300萬光年。

　　麥克·沃納(Michael Werner)是斯皮策項(xiàng)目科學(xué)家，來自美國(guó)宇航局加州噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室(JPL)。他說：“此次斯皮策望遠(yuǎn)鏡再次完成了一項(xiàng)本不屬于它的工作。在此之前，它通過對(duì)系外行星大氣層的研究讓我們大吃一驚，而這一次，它竟然成為了一臺(tái)研究宇宙學(xué)的利器。”

　　由這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)獲得的數(shù)據(jù)，加上此前來自美國(guó)宇航局威爾金森微波各向異性探測(cè)器已經(jīng)發(fā)布的數(shù)據(jù)，兩者相結(jié)合，科學(xué)家們希望借此進(jìn)行一次獨(dú)立的暗能量測(cè)量。暗能量是宇宙中最大的未解謎團(tuán)之一。

　　在上世紀(jì)90年代末，天文學(xué)家們驚駭?shù)匕l(fā)現(xiàn)我們所處的宇宙事實(shí)上正處于加速膨脹之中。這是非常反常的現(xiàn)象，由于宇宙中充滿了物質(zhì)和暗物質(zhì)——它們都具有質(zhì)量，因此也都具有引力。在這些引力的作用下宇宙即便處于膨脹之中，也應(yīng)該會(huì)逐漸減速或者至少保持平衡但是絕不應(yīng)該會(huì)加速膨脹。為了搞清楚這個(gè)問題的答案，天文學(xué)家們不得不構(gòu)思出了一種“未知的神秘力量”，它獨(dú)自對(duì)抗整個(gè)宇宙中所有物質(zhì)和暗物質(zhì)所產(chǎn)生的引力，甚至將它們?nèi)繐魯〔⑼苿?dòng)宇宙加速膨脹。由于科學(xué)家們對(duì)這種神秘的強(qiáng)大力量一無所知，因此人們便賦予它一個(gè)理所當(dāng)然的名字：“暗能量”。本次研究的第一作者，美國(guó)卡耐基天文臺(tái)主管溫迪·弗里德曼(Wendy Freedman)說：“這是一個(gè)巨大的謎團(tuán)。”

　　她說：“很高興我們可以使用斯皮策空間望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行此類觸及到宇宙學(xué)最基本問題層面的研究項(xiàng)目，也就是宇宙在目前階段下精確的膨脹速率，并從另一個(gè)角度測(cè)量暗能量在宇宙中所占的比例。”

　　由于所觀測(cè)的波段是在紅外波段，斯皮策空間望遠(yuǎn)鏡可以將此前哈勃空間望遠(yuǎn)鏡在可見光波段進(jìn)行的觀測(cè)結(jié)果向前推進(jìn)一步，因?yàn)橄啾裙蛊げ咄h(yuǎn)鏡的視野可以穿透塵埃和氣體云，更好地對(duì)一類被稱作“造父變星”的恒星進(jìn)行觀測(cè)。

　　這類變星是一種脈動(dòng)變星，由于它們的亮度和光變周期之間具有明顯的特點(diǎn)，它們常常被天文學(xué)家們用作量天尺：只要找到距離已知的這類變星，然后觀察它們離開我們的速度，我們便可以測(cè)量出宇宙的膨脹速度。

　　造父變星之所以可以當(dāng)做量天尺來使用，是因?yàn)樗鼈兊降厍蛑g的距離是可以直接測(cè)量的。1908年，美國(guó)著名的女天文學(xué)家里維特(Henrietta Leavitt)注意到，一類被稱作造父變星的恒星，其亮度和光變周期之間存在嚴(yán)格的相關(guān)，這就是著名的“周光關(guān)系”。

　　為了進(jìn)一步說明為何這種性質(zhì)非常重要，請(qǐng)想象這樣一個(gè)場(chǎng)景：一個(gè)人正逐漸離你遠(yuǎn)去，他的手上拿著一根蠟燭。隨著這個(gè)人漸行漸遠(yuǎn)，他手上的蠟燭燭光也會(huì)隨之變暗，那么我們只要直接測(cè)量燭光的亮度，就可以得到蠟燭到我們所在地的距離遠(yuǎn)近。對(duì)于宇宙中的造父變星情況也是一樣的，它們被譽(yù)為宇宙中的“標(biāo)準(zhǔn)燭光”。只要測(cè)量它們?cè)谔炜罩械牧炼龋煳膶W(xué)家們就能測(cè)算出它們的距離。

　　斯皮策望遠(yuǎn)鏡在銀河系中挑選出10顆，并在鄰近的大麥哲倫星系中挑選出80顆造父變星進(jìn)行觀測(cè)。通過這些觀測(cè)，研究小組得以以更高的精度測(cè)量出它們的亮度，并以此計(jì)算出它們的實(shí)際距離，借此改進(jìn)先前對(duì)這一課題研究所作出的測(cè)量值。有了這些數(shù)據(jù)，天文學(xué)家們便可以更進(jìn)一步，沿著宇宙度量尺的階梯往上邁出一步，去估算整個(gè)宇宙的膨脹速度。

　　弗里德曼女士表示：“僅僅在10年之前，要想在同一句句子中使用‘精確’和‘宇宙學(xué)’兩個(gè)單詞都是不可想象的，那時(shí)候我們對(duì)宇宙的尺寸和年齡的認(rèn)知都非常模糊，誤差在兩個(gè)數(shù)量級(jí)以上。”不過她說：“但是我們現(xiàn)在所談?wù)摰囊呀?jīng)是幾個(gè)百分比的精確性了，這真是令人難以置信。”有關(guān)這一研究成果的論文將會(huì)于近期發(fā)表在《天體物理學(xué)雜志》上。