天 文 新 知|
根 據 「 宇 宙 大 爆 炸 模 型 」(Big-Bang Model) ， 我 們 的 宇 宙 是 從 一 團 溫 度 極 高 的 原 始 火 球 中 誕 生 ， 隨 著 宇 宙 不 斷 膨 脹 ， 溫 度 也 逐 步 下 降 。 宇 宙 誕 生 初 期 ， 高 能 量 光 子 充 斥 整 個 空 間 ， 與 電 子 和 質 子 不 斷 作 用 ， 這 時 期 的 宇 宙 是 不 透 明 的 。 誕 生 後 約 四 十 萬 年 ， 宇 宙 平 均 溫 度 下 降 至 約 攝 氏 三 千 度 ， 電 子 跟 原 子 核 1首 度 結 合 成 原 子 ， 自 由 的 帶 電 粒 子 數 目 銳 減 ， 由 宇 宙 各 處 發 放 的 光 子 從 此 可 無 拘 無 束 地 在 遼 闊 的 宇 宙 空 間 中 奔 馳 ， 成 為 宇 宙 第 一 道 光 ！ 到 今 天 ， 這 宇 宙 第 一 道 光 依 然 存 在 ， 但 波 長 因 宇 宙 百 億 年 來 的 膨 脹 而 增 長 了 約 一 千 倍 ， 成 為 宇 宙 的 微 波 背 景 輻 射 (Cosmic Microwave Background – CMB) 。 早 於 一 九 四 八 年 ， 物 理 學 家 蓋 莫 夫 (George Gamow) 、 阿 爾 法 (Ralph Alpher) 及 赫 爾 曼 (Robert Herman) 從 理 論 上 論 證 CMB 的 存 在 ， 但 卻 認 為 CMB 是 無 法 測 量 的 。 到 一 九 六 五 年 ， 在 美 國 貝 爾 電 話 實 驗 室 工 作 的 天 文 學 家 彭 齊 亞 斯 (Arno Penzias) 及 威 爾 遜 (Robert Wilson) 在 接 收 從 宇 宙 來的 無 線 電 訊 號 中 發 現 一 些 無 法 消 除 的 「 雜 訊 」； 正 當 這 些 雜 訊 困 擾 著 他 們 之 際 ， 在 離 實 驗 室 不 遠 的 普 林 斯 頓 大 學 裡 ， 由 物 理 學 家 狄 克 (Robert Dicke) 領 導 的 研 究 小 組 正 籌 備 探 測 CMB 的 實 驗 。 彭 齊 亞 斯 和 威 爾 遜 跟 狄 克 聯 絡 上 ， 馬 上 便 確 認 了 「 雜 訊 」正 是 天 文 學 家 期 待 已 久 的 CMB ， 並 分 別 發 表 了 有 關 實 驗 和 理 論 的 文 章 。 也 是 由 於 這 意 外 的 發 現 ， 彭 齊 亞 斯 與 威 爾 遜 獲 頒 一 九 七 八 年 的 諾 貝 爾 物 理 學 獎 。2
一 九 八 九 年 ， 美 國 太 空 總 署 發 射 「 宇 宙
背 景 探 索 者 」(Cosmic Background Explorer - COBE)3
， 開 展 了 對 CMB 精 確 及 全 面 的 研 究 。 在 COBE
的 偵 察 下 ， CMB 中 的 細 微 起 伏 逐 漸 顯 現 出 來 （ 圖
一 ）。 CMB 中 的 起 伏 雖 然 輕 微 ， 但 卻 蘊 含 有 關 宇
宙 結 構 的 第 一 手 資 料 ， 是 了 解 宇 宙 早 期 狀 況 、
驗 證 及 發 展 宇 宙 大 爆 炸 理 論 的 重 要 線 索 。
COBE 的 成 功 不 單 令 CMB 研 究 躍 居 成 新 世 紀 天 文 學 上 的 重 要 課 題 ， 同 時 亦 為 統 籌 COBE 計 劃 的 天 文 物 理 學 家 馬 瑟 爾 (John Mather) 及 專 責 量 度 CMB 中 細 微 溫 度 起 伏 的 物 理 學 家 史 慕 特 (George Smoot) 帶 來 二 零 零 六 年 的 諾 貝 爾 物 理 學 獎 。5 踏 入 二 十 一 世 紀 ， 新 一 代 探 測
CMB 的 太 空 觀 測 站 相 繼 投 入 運 作 。 二 零 零 一 年
， 美 國 太 空 總 署 的「 威 爾 金 森 微 波 各 向
異 性 探 測 器 」 (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe - WMAP) 6
升 空 ， 它 在 溫 度 靈 敏 度 、 準 確 度 上 均 較 COBE 優 勝
， 而 在 空 間 解 象 度 上 更 遠 高 於 COBE 。 藉 此 ， 天 文
學 家 可 從 中 尋 找 了 解 宇 宙 大 爆 炸 、 宇 宙 結 構 、
黑 暗 物 質 、 黑 暗 能 量 、 星 系 及 恆 星 形 成 等 各 方
面 的 重 要 線 索 。 另 外 ， 歐 洲 太 空 總 署 亦 正 部 署
於 二 零 零 八 年 發 射「 普 朗 克 探 測 器 」(Planck Surveyor)7
， 想 必 令 對 CMB 的 研 究 踏 入 新 的 紀 元 。
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