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05 宇宙学(第10页)

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让我们从CMB说起。

到现在为止,CMB的大部分观测都集中于测量天空中不同方向的CMB温度,然后尝试还原早期宇宙的波纹形式。

这一领域最尖端的研究项目是普朗克卫星。

这个任务已经获得了巨大成功,而将来的空间项目几乎不可能比它做得更好。

不过,人们还可以在地面上建立更大的望远镜。

人们正在智利的阿塔卡马沙漠和南极进行这些工作。

这两个地区是我们星球上湿度最低的两个区域,稀薄而干燥的空气使它们成为观测太空的理想地点。

这些望远镜将非常精确地测量CMB在天空中的分布,以及告诉我们更多关于宇宙的结构故事。

除了温度以外,人们还可以观察CMB中的其他东西。

比如,天文学家们能够测量CMB的偏振(polarization,也就是电磁波的振动方向,见图11)。

背景辐射的偏振昭示了更多早期宇宙发生的事情。

通过寻找偏振中的一些特殊的模式,天文学家们就可以推测早期宇宙的引力场是什么样子。

这些信息中的一部分与CMB温度告诉我们的东西相同,而其他部分是全新的。

特别是,如果可以观察到CMB偏振中一类特殊的螺旋状的模式,人们就能够推测早期宇宙中是不是有引力波在传播。

回忆一下第4章的内容,为了探测穿过地球的引力波,人们已经付出了巨大的努力。

CMB偏振相当于是在完全不同的条件下做的类似的实验。

图11 (a)偏振光和(b)非偏振光示意图。

非偏振光的振动方向是随机的,而偏振光的振动方向是一致的。

箭头表示的是光的传播方向

2014年3月,在南极的BICEP2实验的科学家们宣布他们利用这种方法探测到了早期宇宙的引力波。

但到本书写作的时候人们又发现,似乎全世界为这个宣告而激动,有点太早了。

科学家们确实看到了CMB中的那种螺旋状的模式,但看起来它像是来自近处的东西,而不是引力波。

当然,这并不意味着早期宇宙不存在引力波。

将来的实验会在更多的频段,更加准确地测量背景辐射中的偏振。

如果早期宇宙真的存在一定强度的引力波,那么我们在未来10年左右就可能看到它们。

BICEP2的继承者已经在修建了,第一批数据马上就要问世。

另一个尖端的项目是下一代星系巡天。

我们早先讨论过2dF和SDSS巡天,它们很有野心地试图记录我们周围的宇宙中所有星系的位置。

将来的巡天项目将会更加庞大。

其中最大的三个是正在智利修建的大型综合巡天望远镜(LargeSynopticSurveyTelescope,缩写为LSST)、2018年开工的平方千米阵(SquareKilometreArray,缩写为SKA)以及由欧洲空间局主持计划于2020年发射升空的欧几里得卫星望远镜。

它们将会测量几十亿个天体,并为宇宙绘制迄今无法企及的巨大尺度的画卷。

[1] 一般被称为“哈勃常数”

[2] 这一效应被称为积分萨克斯-沃尔夫效应(IedSac-Whoslfeeffect)。

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