揭示宇宙大爆炸的奥秘
有史以来最雄心勃勃的探测器ＭＡＰ试图精确揭示宇宙演化中最深邃的奥秘
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乔阿光
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美国东部时间６月３０日下午，在卡那维那尔角火箭发射场，德尔塔二型火箭成功地发射了微波各向异性探测器。美国宇航局的科学家称，这个耗资１·４５亿美元的探测器，将试图精确揭示有关宇宙演化过程中蕴藏的某些惊人的秘密。
微波各向异性探测器（英文简称ＭＡＰ，意思恰好是“绘图”）将在８月初飞过月球，９月飞到工作地点，开始执行为期两年的考察任务，探测宇宙大爆炸遗留下来的痕迹————分布在整个天空的宇宙微波背景辐射。它的观测位置是精心选择的，靠近第二个拉格朗日点，大约在太阳—地球连线上地球外侧约１５０万公里处，这样可以确保ＭＡＰ上的望远镜在任何时候都能挥洒自如地观测太空深处的情况。
宇宙大爆炸理论是俄裔美国科学家伽莫夫在１９４８年提出来的。该理论认为，宇宙开始是个高温致密的火球，它不断地向各个方向迅速膨胀。当温度和密度降低到一定程度，宇宙发生剧烈的核聚变反应。随着温度和密度的降低，宇宙早期存在的微小涨落在引力作用下不断增大，最后逐渐形成今天宇宙中的各种天体。
当时，一些科学家反对这一理论，并讥笑说，“如果宇宙起始于某次大爆炸，这种爆炸理应留下某种遗迹，那就请把它找出来吧！”与他们的愿望相反，大爆炸的遗迹在１９６４年果真被找到了：这就是宇宙微波背景辐射。宇宙大爆炸模型，也与ＤＮＡ双螺旋模型、地球板块模型、夸克模型一起，被认为是２０世纪科学中最重要的四个模型。
宇宙微波背景辐射是宇宙中最古老的光。按照宇宙大爆炸理论，约１４０亿年前（关于宇宙年龄，还有不同的说法），宇宙形成之初，致密物质像笼子一样禁锢了所有辐射，大爆炸后３０万年，随着这些物质密度的下降，微波背景辐射才得以挣脱束缚。就像恐龙化石能让我们认识若干万年前的恐龙一样，这种“化石”光可以不受阻挡地穿越茫茫宇宙，让我们了解宇宙“婴儿时期”的各种信息。
科学家说，对宇宙微波背景辐射的深入了解，一些困扰人类多年的问题可望得到回答：大爆炸后的第一瞬间发生了什么？宇宙是如何演变成今天我们所见到的具有复杂的星系结构？宇宙的年龄究竟是多少？宇宙的膨胀速度到底有多快？等等。
发射捕捉“化石”光的探测器，对美国宇航局来说已经不是第一次了。１９８９年，美国宇航局发射了历时１５年研制成功的宇宙背景辐射探测卫星（简称ＣＯＢＥ）。１９９２年，ＣＯＢＥ获得一个上了世界各大新闻媒体头条的惊人发现：背景辐射虽然几乎是均匀分布的，但在天空中上万个点中，却有一部分的温度不一样，扣除地球运动的影响后，有的地方是２·７２５１Ｋ（Ｋ为绝对温度），有的地方却是２·７２４９Ｋ。这种微小的热变化，或者叫各向异性，表明从一开始宇宙就有热点和冷点，也就是说，早期宇宙物质密度存在差别。
ＣＯＢＥ描绘出的只是一张草图。因此，美国宇航局在１９９６年开始研制ＭＡＰ。与ＣＯＢＥ相比，ＭＡＰ有着十分显著的优点：ＣＯＢＥ的飞行高度比普通通讯卫星还低，而ＭＡＰ高高在上的飞行轨道则使它免受月球、地球、太阳的干扰；ＣＯＢＥ把天空分成６０００块像４００个月球一样大的区域进行搜索，而ＭＡＰ将观测３００万多块只有月球１／４大的区域————有科学家因此戏称，如果说ＣＯＢＥ能看见上帝，ＭＡＰ就能看见上帝的指纹；ＣＯＢＥ测量不同区域温度差的精度大概不到五万分之一度，而ＭＡＰ的精度可达到百万分之一度；等等。
“微波背景辐射的各向异性图谱，就像宇宙初生时的一幅快照，这不能不说是宇宙留给我们的一份珍贵遗产，”中科院研究生院研究员章德海说，“微波背景辐射的奇妙之处在于，它居然把我们对宇宙的一种可供检验的认识，推进到了如此遥远和深邃、令人难以置信的程度。”
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《南方周末》 2001年7月06日
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