宇宙膨脹得究竟有多快？新的測量結果又要讓天文學家吵翻天了

在宇宙的基本構成方面，還有一些未知的奧秘在等待我們去發現。

NGC 1365星系。ESO

NGC 1097星系。ESO

天爐座星系團。ESO

一些天文學家最近藉助哈勃太空望遠鏡和蓋婭探測器，對宇宙膨脹的速率進行了迄今為止精度最高的測定。結果再一次顯示，臨近宇宙的膨脹速率，與根據遙遠原初宇宙推算出來的膨脹速率不一致。

這種不一致表明，在宇宙的基本構成方面，還有一些未知的奧秘在等待我們去發現。這些奧秘可能與暗物質和暗能量相互影響的強度有關，也可能與某種更為奇特的東西，比如時空中的未知新粒子有關。

測量鄰近宇宙的膨脹速率，依靠的是一把宇宙「標尺」，也就是所謂的「造父變星」。這是一種直接測量法。

「造父變星」是一種能夠以極為精確的周期發出脈衝式光的恆星，且它們的明暗周期與它們的固有亮度有著內在的對應關係。因此將它們的固有亮度和我們從地球附近感受到的視覺亮度進行比較，就能夠精確地計算出它們的距離。

蓋婭和哈勃的合作，極大地提升了測量的精度。哈勃能夠提供精確的亮度信息，而蓋婭能夠提供精確的「視差」數據。「視差」測距是一種古老而有效的距離測演算法，能夠根據觀察者的視角和目標位置的視覺變化，來推算距離。古希臘人正是用這個方法算出了月球和地球間的距離。

而根據遙遠的原初宇宙測算宇宙的膨脹速率，指的是測量宇宙微波背景中的細小差異，並進一步推算宇宙的膨脹速率。

這一測量是由歐空局的普朗克衛星進行的。普朗克依照宇宙微波背景，來還原當時宇宙的暗物質和普通物質比例、膨脹軌跡等基本要素。宇宙微波背景中的差異，是由宇宙大爆炸時產生的「大火球」留下的。根據這些蛛絲馬跡，可以預測早期宇宙是如何演化到今天，並具有今天我們所知的膨脹速率的。

如果沒有出錯，這兩個測算結果應當是互相符合的。但是實際情況並不是這樣。

天文學家根據哈勃和蓋婭數據初步測得鄰近宇宙宇宙膨脹速率大約為73.5公里/（秒·百萬秒差距）。也就是說，每330萬光年的宇宙空間，每秒鐘會多出73.5公里。而普朗克給出的結果，在今天應當是67公里/（秒·百萬秒差距）。

宇宙膨脹的速率又被稱為「哈勃常數」。哈勃常數在我們估算宇宙的年齡等方面都起著十分關鍵的作用。天文學家也正是根據這一常數，推演宇宙的變化，了解宇宙的構成，預測宇宙的命運。測量結果的不一致，幾乎可以肯定會讓天文學家們再次吵翻天。

普朗克衛星探測到的宇宙微波背景圖。ESA

參考：

https://www.nasa.gov/feature/goddard/2018/hubble-and-gaia-team-up-to-fuel-cosmic-conundrum

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