
關于宇宙的誕生,大部分人都堅信“宇宙大爆炸論”,但也有人認為宇宙之所以能夠恰到好處地爆炸,并形成我們如今生活的星系,是因為上帝設計了宇宙的誕生,也就是所謂的“智慧設計論”。
宇宙的誕生真的是上帝的旨意嗎?宇宙爆炸的那天又發生了什么?想要回答這些問題就必須詳盡地了解宇宙的起源。于是,我們派出這只原定2007年發射卻于2021年12月才發射的、延期近15年的“鴿王”——韋伯太空望遠鏡,替我們去尋找答案。
一場“尋根”之旅
或許在尚未開蒙時,我們就曾思考過:我是誰?我從哪里來?又要向何處去?念書之后,才知道這是經典的“哲學三問”。其實,這三問不僅是哲學問題,還是天文問題。我們圍繞這三問的冥思苦想,都會匯集成一個共同的天問:宇宙,是如何誕生的?
宇宙的年齡到底有多大,目前尚無確切的答案——可以肯定,它的誕生時長早已超過一切碳基生物的壽命極限,也遠遠超過地球本身的年齡。作為地球上的生命,我們當然不可能親眼見證宇宙誕生的瞬間。
近代以來,在科學技術的加持下,人類的好奇心越發旺盛。
人類逐漸明白,要弄清人類的歷史,可以從化石、文物、古籍中尋找答案;而要探尋宇宙的歷史,就得望向頭頂的星空,乃至深邃的宇宙,去那兒尋找歲月的痕跡。
人類還不清楚, 宇宙到底有多大,甚至不知道它是不是有邊界,盡管人類目前能夠觀察到的范圍,已經超過930億光年。也就是說,一束光從人類可觀察范圍的邊緣產生,到被人類看到,需要走九百億年的時間。
盡管我們沒能見證宇宙的誕生,但它在誕生那一刻,所發出來的各種光,經歷了漫長的旅行,如今還漂泊在浩瀚的時空中,尚沒有被人類看到——倘若我們有機會,能夠“看到”它們,也就有可能還原宇宙誕生時的奇跡,以及隨之而來的演化過程。
這,也許就是哲學三問的終極答案所在,是人類夢寐以求的謎底,也是韋伯太空望遠鏡的使命所在——帶我們走上一場“尋根”之旅。
具體而言,韋伯太空望遠鏡將重點觀測那些距離遙遠、溫度較低的天體,如褐矮星、行星盤、星周塵埃等,以探索、驗證宇宙大爆炸后關于第一代行星形成過程的種種理論,揭示早期的宇宙圖景。同時,它還能識別、分析遙遠行星的大氣中含有哪些元素(比如,是否含有氫元素),從而推測該行星出現生物乃至文明的可能性。
在太空中觀測宇宙
那么,韋伯太空望遠鏡要如何帶我們去尋找宇宙的起源呢?
相較于“前輩”哈勃太空望遠鏡在距離地球約600公里的地方工作,韋伯太空望遠鏡可以去到距離地球約150萬公里的“第二拉格朗日點”(L2)附近。韋伯太空望遠鏡走得更遠,自然能觀測到更遠光年外的宇宙空間,更利于我們探索宇宙的邊界。
韋伯太空望遠鏡采用的紅外天文觀測技術,相較于射電望遠鏡,能夠更好、更靈敏地捕捉宇宙起源的“證據”。在充斥著塵埃的宇宙環境中,可見光、紫外線都很容易被塵埃散射殆盡,無法觀測,而紅外波段穿透塵埃、水汽的能力很強,因此韋伯太空望遠鏡選擇將紅外波段作為觀測對象,是一個很明智的決定。
當韋伯太空望遠鏡離開地球,去到150萬公里外的地方,它也就擺脫了大氣層給天文觀測帶來的干擾。宇宙空間的背景噪音強度,僅有地面的1012分之一,這讓它的觀測靈敏度得到極大的提高。
但紅外觀測也不是那么輕易能做到的,要保證紅外觀測的靈敏度,就要讓太空望遠鏡“冷靜”下來。“冷靜”指的是降低太空望遠鏡自身的溫度,溫度越低,和觀測目標之間的溫差就越大,觀測的分辨率也就越高。
要降低紅外望遠鏡的溫度,在地面上是件很簡單的事,給它做個“冰箱”就行了;但對于太空望遠鏡而言,無論是通過制冷劑的相變,還是通過消耗電能來降溫,都需要額外增大太空望遠鏡的重量,同時會縮短其工作壽命。
而韋伯太空望遠鏡,采取了一個巧妙的辦法來解決上述問題:它的軌道長期處于“第二拉格朗日點”附近,這意味著地球替它擋住了太陽的大部分直射光線——在陽光照射不到的角落自然就是刺骨的寒冷了。這不僅給韋伯望遠鏡創造了一個“黑暗”的環境,還讓它能利用宇宙本身的低溫,讓自身的溫度長期徘徊在零下220℃左右,非常有利于觀察。
韋伯太空望遠鏡的種種優勢讓它能夠接過如哈勃望遠鏡這些“前輩”的重任,帶領我們追溯宇宙的起源。
上帝的歸上帝,人類的歸人類
韋伯太空望遠鏡的建造和運行,經歷了不少波折。如今,它承載著人類的好奇心與智慧,終于開始了自己的任務。康德曾言,最激動人心的莫過于心中的道德和頭頂的星空,而韋伯太空望遠鏡、“天眼”射電望遠鏡等新一代的天文觀測裝置,就能幫助我們更深刻地了解頭頂的那片星空。
我們希望韋伯太空望遠鏡能夠直接接觸第一代天體,但那些早期的天體很可能早已湮滅,不復存在。不過,天體曾發出的點點星光卻能留在宇宙中。當望遠鏡接收到沖破重重塵埃、越過以“億年”為尺度的時間長河的光時——那或許將是宇宙最浪漫的瞬間。
種種可能,讓我們對探索宇宙抱有更深的期待。但韋伯太空望遠鏡的探索仍是一個未知數,悲觀地說,它不一定能追溯到宇宙的起源,不一定能回答是否是上帝創造了宇宙這個問題。甚至,未來人類的探索可能永遠也解答不了這些問題。那么,我們究竟為什么要花費人力物力去探索和了解宇宙?
或許,正如登山運動員喬治·馬洛里對“為什么要攀登珠峰”的回答那樣:“因為,山在那里。”宇宙就在那里,無論它是否能夠被我們解密,都從不影響我們解密它的腳步。