关于宇宙的诞生,大部分人都坚信“宇宙大爆炸论”,但也有人认为宇宙之所以能够恰到好处地爆炸,并形成我们如今生活的星系,是因为上帝设计了宇宙的诞生,也就是所谓的“智慧设计论”。
宇宙的诞生真的是上帝的旨意吗?宇宙爆炸的那天又发生了什么?想要回答这些问题就必须详尽地了解宇宙的起源。于是,我们派出这只原定2007年发射却于2021年12月才发射的、延期近15年的“鸽王”——韦伯太空望远镜,替我们去寻找答案。
一场“寻根”之旅
或许在尚未开蒙时,我们就曾思考过:我是谁?我从哪里来?又要向何处去?念书之后,才知道这是经典的“哲学三问”。其实,这三问不仅是哲学问题,还是天文问题。我们围绕这三问的冥思苦想,都会汇集成一个共同的天问:宇宙,是如何诞生的?
宇宙的年龄到底有多大,目前尚无确切的答案——可以肯定,它的诞生时长早已超过一切碳基生物的寿命极限,也远远超过地球本身的年龄。作为地球上的生命,我们当然不可能亲眼见证宇宙诞生的瞬间。
近代以来,在科学技术的加持下,人类的好奇心越发旺盛。
人类逐渐明白,要弄清人类的历史,可以从化石、文物、古籍中寻找答案;而要探寻宇宙的历史,就得望向头顶的星空,乃至深邃的宇宙,去那儿寻找岁月的痕迹。
人类还不清楚, 宇宙到底有多大,甚至不知道它是不是有边界,尽管人类目前能够观察到的范围,已经超过930亿光年。也就是说,一束光从人类可观察范圍的边缘产生,到被人类看到,需要走九百亿年的时间。
尽管我们没能见证宇宙的诞生,但它在诞生那一刻,所发出来的各种光,经历了漫长的旅行,如今还漂泊在浩瀚的时空中,尚没有被人类看到——倘若我们有机会,能够“看到”它们,也就有可能还原宇宙诞生时的奇迹,以及随之而来的演化过程。
这,也许就是哲学三问的终极答案所在,是人类梦寐以求的谜底,也是韦伯太空望远镜的使命所在——带我们走上一场“寻根”之旅。
具体而言,韦伯太空望远镜将重点观测那些距离遥远、温度较低的天体,如褐矮星、行星盘、星周尘埃等,以探索、验证宇宙大爆炸后关于第一代行星形成过程的种种理论,揭示早期的宇宙图景。同时,它还能识别、分析遥远行星的大气中含有哪些元素(比如,是否含有氢元素),从而推测该行星出现生物乃至文明的可能性。
在太空中观测宇宙
那么,韦伯太空望远镜要如何带我们去寻找宇宙的起源呢?
相较于“前辈”哈勃太空望远镜在距离地球约600公里的地方工作,韦伯太空望远镜可以去到距离地球约150万公里的“第二拉格朗日点”(L2)附近。韦伯太空望远镜走得更远,自然能观测到更远光年外的宇宙空间,更利于我们探索宇宙的边界。
韦伯太空望远镜采用的红外天文观测技术,相较于射电望远镜,能够更好、更灵敏地捕捉宇宙起源的“证据”。在充斥着尘埃的宇宙环境中,可见光、紫外线都很容易被尘埃散射殆尽,无法观测,而红外波段穿透尘埃、水汽的能力很强,因此韦伯太空望远镜选择将红外波段作为观测对象,是一个很明智的决定。
当韦伯太空望远镜离开地球,去到150万公里外的地方,它也就摆脱了大气层给天文观测带来的干扰。宇宙空间的背景噪音强度,仅有地面的1012分之一,这让它的观测灵敏度得到极大的提高。
但红外观测也不是那么轻易能做到的,要保证红外观测的灵敏度,就要让太空望远镜“冷静”下来。“冷静”指的是降低太空望远镜自身的温度,温度越低,和观测目标之间的温差就越大,观测的分辨率也就越高。
要降低红外望远镜的温度,在地面上是件很简单的事,给它做个“冰箱”就行了;但对于太空望远镜而言,无论是通过制冷剂的相变,还是通过消耗电能来降温,都需要额外增大太空望远镜的重量,同时会缩短其工作寿命。
而韦伯太空望远镜,采取了一个巧妙的办法来解决上述问题:它的轨道长期处于“第二拉格朗日点”附近,这意味着地球替它挡住了太阳的大部分直射光线——在阳光照射不到的角落自然就是刺骨的寒冷了。这不仅给韦伯望远镜创造了一个“黑暗”的环境,还让它能利用宇宙本身的低温,让自身的温度长期徘徊在零下220℃左右,非常有利于观察。
韦伯太空望远镜的种种优势让它能够接过如哈勃望远镜这些“前辈”的重任,带领我们追溯宇宙的起源。
上帝的归上帝,人类的归人类
韦伯太空望远镜的建造和运行,经历了不少波折。如今,它承载着人类的好奇心与智慧,终于开始了自己的任务。康德曾言,最激动人心的莫过于心中的道德和头顶的星空,而韦伯太空望远镜、“天眼”射电望远镜等新一代的天文观测装置,就能帮助我们更深刻地了解头顶的那片星空。
我们希望韦伯太空望远镜能够直接接触第一代天体,但那些早期的天体很可能早已湮灭,不复存在。不过,天体曾发出的点点星光却能留在宇宙中。当望远镜接收到冲破重重尘埃、越过以“亿年”为尺度的时间长河的光时——那或许将是宇宙最浪漫的瞬间。
种种可能,让我们对探索宇宙抱有更深的期待。但韦伯太空望远镜的探索仍是一个未知数,悲观地说,它不一定能追溯到宇宙的起源,不一定能回答是否是上帝创造了宇宙这个问题。甚至,未来人类的探索可能永远也解答不了这些问题。那么,我们究竟为什么要花费人力物力去探索和了解宇宙?
或许,正如登山运动员乔治·马洛里对“为什么要攀登珠峰”的回答那样:“因为,山在那里。”宇宙就在那里,无论它是否能够被我们解密,都从不影响我们解密它的脚步。