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等待解决的宇宙谜团如此之多,不知道何时才能被一一揭示呢?

宇宙是所有时间、空间与其包含的内容物所构成的统一体;它包含了行星、恒星、星系、星系际空间、次原子粒子以及所有的物质与能量,宇指空间,宙指时间。目前人类可观测到的宇宙,其距离大约为93 × 10^⁹光年,最大为27,160百万秒差距;而整个宇宙的大小可能为无限大,但未有定论。


等待解决的宇宙谜团如此之多,不知道何时才能被一一揭示呢?


冷暗物质模式下星系团、大尺度纤维状结构与暗能量的构成图。本图显示了4,300万秒差距(1.4亿光年)范围内,红移值从30至现今的结构演化(左上z=27.36至右下z=0)。

宇宙是怎么运行的?了解宇宙的起源和它的最终归宿才是解开它神秘面纱的第一步。这就需要了解一些关于它的历史了,让我们先从大爆炸说起。

在美国航空航天局(NASA)先前用宇宙背景探测器(COBE)和威尔金森波各向异性探测器(WMAP)检测到了宇宙在仅仅30万岁的时候释放的红外线。这一发现证实了宇宙早期进化论的理论模型。


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威尔金森微波各向异性探测器所拍摄的宇宙背景辐射影像

欧洲航天局(ESA)的普朗克(Plank)巡回卫星在有了更高的精度和分辨率之后,在它为期两年的观测中将长波观测推进到一个新的深度。这在物理学上严格限制了宇宙伊始几次运动的研究。而且,对宇宙微波模型背景(CMB)上所谓的B模偏振图谱(在宇宙形成最开始的瞬间由重力波加压形成)的探测和研究都将为我们今天所观察到的大规模结构的形成提供线索。


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宇宙中每一圆盘都是一个又一个的“星系”

用哈勃空间望远镜和其他的天文观测站所做的观察揭示了宇宙正在不断膨胀,这暗示了在未来的某一天,人们看到的繁星将仅仅是我们的所在星系内部的恒星。无数的星系将不会被未来的天文观测站所观测到。使宇宙各个星系日益分离的这股力量之源头还是一个谜,天文学家将其称作“暗能量”。


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这股新型的未知力量占据了宇宙所有能量的68%,它也决定着宇宙中一切事物的最终命运。探索暗能量的性质和它在宇宙中的历史可能是在未来十年天文学家最重要的任务,完成这项任务也需要用到宇宙学,天体物理学,以及基础物理学的知识。


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19世纪法国科普作家C.Flammarion书中的木刻插图:旅行家以天球中探出头来,探索宇宙运行的机制。

了解物理定律在极端条件下(黑洞或中子星旁)的性质,宇宙是怎样运行的,都是我们必须解决的重要谜团。现有的天文观测站,像是钱德拉X射线天文台(Chandra X-ray Observatory),核分光望远镜阵列(NuSTAR),费米伽玛射线太空望远镜(Fermi Gamma-ray Space Telescope),和欧洲宇航局的XMM牛顿卫星(XMM-Newton)运用X射线和伽玛射线的能量,提供了有关在致密源附近物质的情况。这些物质存在于地球上无法抵达的极端重力场之中。


等待解决的宇宙谜团如此之多,不知道何时才能被一一揭示呢?


宇宙的最终命运取决于物质密度ΩM以及暗能量密度ΩΛ.


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