科技日?qǐng)?bào)記者高博 實(shí)習(xí)生高赫

　　今人不見(jiàn)古時(shí)月，今月曾經(jīng)照古人。從古到今，人們頭頂?shù)男强照�在“悄無(wú)聲息”地發(fā)生著變化。星空為何日夜遠(yuǎn)去？宇宙為何不斷膨脹？還有比這更大的謎題嗎？

　　近日，凱克天文臺(tái)發(fā)布報(bào)告稱，美國(guó)加州大學(xué)戴維斯分校的研究數(shù)據(jù)表明：宇宙的膨脹速度比預(yù)期更快。

　　其實(shí)宇宙膨脹速度一直沒(méi)有定論，此前各方觀點(diǎn)就有分歧。此次新的研究更是加劇了這一矛盾。

　　同一個(gè)東西，不同的結(jié)果

　　1929年，埃德溫·哈勃等天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)，星系距我們?cè)竭h(yuǎn)，它就越快地離開(kāi)我們，這被認(rèn)為是關(guān)于宇宙膨脹理論的第一個(gè)觀察證據(jù)，并引出了后來(lái)的“大爆炸”概念，膨脹率的值即著名的哈勃常數(shù)。哈勃常數(shù)的單位是千米/秒·百萬(wàn)秒差距，即如果哈勃常數(shù)為1，就表明在每300萬(wàn)光年的距離上，星系遠(yuǎn)離地球的速度為每秒1千米。

　　“一直以來(lái)，哈勃常數(shù)都是宇宙學(xué)的關(guān)鍵參數(shù)。”中科院國(guó)家天文臺(tái)研究員陳學(xué)雷告訴科技日?qǐng)?bào)記者，“歷史上，多次出現(xiàn)因不同方法而導(dǎo)致的不同測(cè)量結(jié)果。”

　　陳學(xué)雷說(shuō)，一種主要方法是測(cè)量離銀河系較近的星系或超新星與我們之間的距離變化，得到一組參數(shù)，來(lái)推測(cè)宇宙膨脹速度；另一種方法是測(cè)量宇宙微波背景輻射，得出一個(gè)常數(shù)。這兩種方法的結(jié)果并不一致。而此次新的研究方法得出的結(jié)果與前兩者都不一致，且顯然超出正常誤差范圍。

　　陳學(xué)雷說(shuō)，新方法的數(shù)值比以往數(shù)值更大，過(guò)去兩種方法得出的哈勃常數(shù)，大多集中在67或72左右。新方法則算出哈勃常數(shù)約為74。

　　在國(guó)際天文學(xué)界看來(lái)，新舊數(shù)值之間構(gòu)成了難以化解的矛盾。

　　舊理論新用，測(cè)多個(gè)像延遲

　　理解這些測(cè)量方法并不難，核心就是：通過(guò)亮度變化測(cè)準(zhǔn)距離。測(cè)繪員常在馬路上或田野里換不同位置看同一標(biāo)桿，利用視差，算出標(biāo)桿到觀測(cè)點(diǎn)的距離；天文學(xué)家干的活兒差不多，只不過(guò)看的是天體。亮度與距離的平方成反比，因此我們可以通過(guò)天體在不同觀測(cè)點(diǎn)上的亮度差別來(lái)推算距離。

　　亮度法從一出現(xiàn)就十分成功，當(dāng)然測(cè)量越遠(yuǎn)的星系，就需要越亮的“標(biāo)桿”。如今，科學(xué)家通過(guò)先測(cè)量銀河系內(nèi)的恒星，再測(cè)量一種很亮的天體“造父變星”，最后測(cè)量一種更亮的天體“Ia型超新星”，由近及遠(yuǎn)確定各目標(biāo)的亮度變化曲線，以此算出它們的距離變化。

　　宇宙微波背景輻射法，是用精確的普朗克衛(wèi)星，觀測(cè)宇宙誕生后38萬(wàn)年的初始光線，來(lái)確定人類所能看到的最遠(yuǎn)目標(biāo)“宇宙天際線”的距離變化。

　　此次新的方法，陳學(xué)雷解釋說(shuō)，核心是觀察一個(gè)引力透鏡系統(tǒng)——目標(biāo)天體藏在一個(gè)大質(zhì)量天體背后，由于光線被引力偏移，我們會(huì)看到多個(gè)像。因?yàn)閭鞑ゾ嚯x不同，傳播時(shí)間不等，觀察者同時(shí)看到不同步的像，但其實(shí)都來(lái)源于目標(biāo)天體。我們長(zhǎng)時(shí)間記錄它們時(shí)強(qiáng)時(shí)弱的亮度，確定不同觀測(cè)的延遲數(shù)據(jù)，進(jìn)而算出其準(zhǔn)確距離。

　　陳學(xué)雷告訴科技日?qǐng)?bào)記者，這種方法二三十年前就提出了，但當(dāng)時(shí)還不夠成熟，需要大望遠(yuǎn)鏡頻繁關(guān)注引力透鏡系統(tǒng)所在的一小片天區(qū)，過(guò)一段時(shí)間“看”一下。因?yàn)槿�樣頻次足夠高，才能“畫”出一條光線變化軌跡，算清延遲。

　　結(jié)論無(wú)對(duì)錯(cuò)，有待新驚喜

　　陳學(xué)雷認(rèn)為，各種方法都在發(fā)展，也各有優(yōu)缺點(diǎn)。順便一提，比起埃德溫·哈勃當(dāng)年估計(jì)數(shù)值500以上，如今這些哈勃常數(shù)測(cè)算結(jié)果差異其實(shí)不大。我們的測(cè)量技巧比起百年前已經(jīng)先進(jìn)太多。新的引力透鏡法的優(yōu)點(diǎn)在于它是一種幾何方法，不需要將目標(biāo)的亮度測(cè)算得很精細(xì)。要知道，天體亮度受很多未知因素影響，測(cè)算數(shù)據(jù)容易出現(xiàn)誤差。

　　陳學(xué)雷說(shuō)，哈勃常數(shù)是人們討論最多的一個(gè)熱點(diǎn)。大家各顯神通，試圖去“解答”這個(gè)難題，而結(jié)論不一致的情況已持續(xù)幾十年了。當(dāng)然，這些方法都是嚴(yán)謹(jǐn)并被反復(fù)驗(yàn)證的，并非方法有缺陷而是有一些基本問(wèn)題沒(méi)有解答。

　　陳學(xué)雷說(shuō)，現(xiàn)在也有人猜想，或許宇宙常數(shù)模型本身不太準(zhǔn)確。但無(wú)論新舊觀測(cè)方法，都假定宇宙是加速膨脹的，也同樣引入了加速度的模型。該模型只是最簡(jiǎn)單的一種，與觀測(cè)結(jié)果較為貼合，所以大家常用。

　　或許，會(huì)有一條理論新路，比如通過(guò)知之甚少的粒子或暗物質(zhì)、暗能量，可以更好地解釋測(cè)算結(jié)果的不一致。

　　或許，我們還會(huì)有更新穎的測(cè)量方法，比如利用近幾年很火的引力波，從引力波波形推斷目標(biāo)與我們的距離。雖然現(xiàn)在引力波測(cè)量精度達(dá)不到要求，但未來(lái)說(shuō)不定會(huì)有驚喜。

　　膨脹速度不僅透露了宇宙的年齡，還可能告訴我們宇宙的歸宿。測(cè)量宇宙膨脹，就好像量我們的房屋。如果不知道房子的空間多大、什么形狀，住戶也會(huì)一直心存猜想。