科技日報記者高博 實(shí)習(xí)生高赫

　　今人不見古時月，今月曾經(jīng)照古人。從古到今，人們頭頂?shù)男强照�在“悄無聲息”地發(fā)生著變化。星空為何日夜遠(yuǎn)去？宇宙為何不斷膨脹？還有比這更大的謎題嗎？

　　近日，凱克天文臺發(fā)布報告稱，美國加州大學(xué)戴維斯分校的研究數(shù)據(jù)表明：宇宙的膨脹速度比預(yù)期更快。

　　其實(shí)宇宙膨脹速度一直沒有定論，此前各方觀點(diǎn)就有分歧。此次新的研究更是加劇了這一矛盾。

　　同一個東西，不同的結(jié)果

　　1929年，埃德溫·哈勃等天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)，星系距我們越遠(yuǎn)，它就越快地離開我們，這被認(rèn)為是關(guān)于宇宙膨脹理論的第一個觀察證據(jù)，并引出了后來的“大爆炸”概念，膨脹率的值即著名的哈勃常數(shù)。哈勃常數(shù)的單位是千米/秒·百萬秒差距，即如果哈勃常數(shù)為1，就表明在每300萬光年的距離上，星系遠(yuǎn)離地球的速度為每秒1千米。

　　“一直以來，哈勃常數(shù)都是宇宙學(xué)的關(guān)鍵參數(shù)。”中科院國家天文臺研究員陳學(xué)雷告訴科技日報記者，“歷史上，多次出現(xiàn)因不同方法而導(dǎo)致的不同測量結(jié)果�！�

　　陳學(xué)雷說，一種主要方法是測量離銀河系較近的星系或超新星與我們之間的距離變化，得到一組參數(shù)，來推測宇宙膨脹速度；另一種方法是測量宇宙微波背景輻射，得出一個常數(shù)。這兩種方法的結(jié)果并不一致。而此次新的研究方法得出的結(jié)果與前兩者都不一致，且顯然超出正常誤差范圍。

　　陳學(xué)雷說，新方法的數(shù)值比以往數(shù)值更大，過去兩種方法得出的哈勃常數(shù)，大多集中在67或72左右。新方法則算出哈勃常數(shù)約為74。

　　在國際天文學(xué)界看來，新舊數(shù)值之間構(gòu)成了難以化解的矛盾。

　　舊理論新用，測多個像延遲

　　理解這些測量方法并不難，核心就是：通過亮度變化測準(zhǔn)距離。測繪員常在馬路上或田野里換不同位置看同一標(biāo)桿，利用視差，算出標(biāo)桿到觀測點(diǎn)的距離；天文學(xué)家干的活兒差不多，只不過看的是天體。亮度與距離的平方成反比，因此我們可以通過天體在不同觀測點(diǎn)上的亮度差別來推算距離。

　　亮度法從一出現(xiàn)就十分成功，當(dāng)然測量越遠(yuǎn)的星系，就需要越亮的“標(biāo)桿”。如今，科學(xué)家通過先測量銀河系內(nèi)的恒星，再測量一種很亮的天體“造父變星”，最后測量一種更亮的天體“Ia型超新星”，由近及遠(yuǎn)確定各目標(biāo)的亮度變化曲線，以此算出它們的距離變化。

　　宇宙微波背景輻射法，是用精確的普朗克衛(wèi)星，觀測宇宙誕生后38萬年的初始光線，來確定人類所能看到的最遠(yuǎn)目標(biāo)“宇宙天際線”的距離變化。

　　此次新的方法，陳學(xué)雷解釋說，核心是觀察一個引力透鏡系統(tǒng)——目標(biāo)天體藏在一個大質(zhì)量天體背后，由于光線被引力偏移，我們會看到多個像。因?yàn)閭鞑ゾ嚯x不同，傳播時間不等，觀察者同時看到不同步的像，但其實(shí)都來源于目標(biāo)天體。我們長時間記錄它們時強(qiáng)時弱的亮度，確定不同觀測的延遲數(shù)據(jù)，進(jìn)而算出其準(zhǔn)確距離。

　　陳學(xué)雷告訴科技日報記者，這種方法二三十年前就提出了，但當(dāng)時還不夠成熟，需要大望遠(yuǎn)鏡頻繁關(guān)注引力透鏡系統(tǒng)所在的一小片天區(qū)，過一段時間“看”一下。因?yàn)槿�樣頻次足夠高，才能“畫”出一條光線變化軌跡，算清延遲。

　　結(jié)論無對錯，有待新驚喜

　　陳學(xué)雷認(rèn)為，各種方法都在發(fā)展，也各有優(yōu)缺點(diǎn)。順便一提，比起埃德溫·哈勃當(dāng)年估計數(shù)值500以上，如今這些哈勃常數(shù)測算結(jié)果差異其實(shí)不大。我們的測量技巧比起百年前已經(jīng)先進(jìn)太多。新的引力透鏡法的優(yōu)點(diǎn)在于它是一種幾何方法，不需要將目標(biāo)的亮度測算得很精細(xì)。要知道，天體亮度受很多未知因素影響，測算數(shù)據(jù)容易出現(xiàn)誤差。

　　陳學(xué)雷說，哈勃常數(shù)是人們討論最多的一個熱點(diǎn)。大家各顯神通，試圖去“解答”這個難題，而結(jié)論不一致的情況已持續(xù)幾十年了。當(dāng)然，這些方法都是嚴(yán)謹(jǐn)并被反復(fù)驗(yàn)證的，并非方法有缺陷而是有一些基本問題沒有解答。

　　陳學(xué)雷說，現(xiàn)在也有人猜想，或許宇宙常數(shù)模型本身不太準(zhǔn)確。但無論新舊觀測方法，都假定宇宙是加速膨脹的，也同樣引入了加速度的模型。該模型只是最簡單的一種，與觀測結(jié)果較為貼合，所以大家常用。

　　或許，會有一條理論新路，比如通過知之甚少的粒子或暗物質(zhì)、暗能量，可以更好地解釋測算結(jié)果的不一致。

　　或許，我們還會有更新穎的測量方法，比如利用近幾年很火的引力波，從引力波波形推斷目標(biāo)與我們的距離。雖然現(xiàn)在引力波測量精度達(dá)不到要求，但未來說不定會有驚喜。

　　膨脹速度不僅透露了宇宙的年齡，還可能告訴我們宇宙的歸宿。測量宇宙膨脹，就好像量我們的房屋。如果不知道房子的空間多大、什么形狀，住戶也會一直心存猜想。