可能這是天文史上成本最高的不務(wù)正業(yè)了，一個(gè)寄予厚望暗能量探測(cè)計(jì)劃，但啥子暗能量都沒(méi)發(fā)現(xiàn)，卻在繪制的南半球天區(qū)中發(fā)現(xiàn)了數(shù)百顆隱藏在太陽(yáng)系邊陲地帶的小行星，不得不說(shuō)這實(shí)在高明！

關(guān)于暗能量巡天計(jì)劃

暗能量巡天（The Dark Energy Survey，縮寫DES）是在可見(jiàn)光、紅外波段巡天，以此為依據(jù)觀測(cè)宇宙膨脹的研究項(xiàng)目，始于2012年，觀測(cè)設(shè)備包括智利托洛洛山天文臺(tái)的4米布蘭科望遠(yuǎn)鏡，項(xiàng)目自2013年開(kāi)始到2018年為止，觀測(cè)了南半球超過(guò)5000平方度的天空，取得了海量的天文數(shù)據(jù)。

• 關(guān)于暗能量的發(fā)現(xiàn)

1998年，兩個(gè)研究遙遠(yuǎn)星系Ia型超新星紅移的科學(xué)團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)宇宙正在超過(guò)此前觀測(cè)到的速度在膨脹，這是繼勒梅特和哈勃以來(lái)最偉大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)之一，也讓三位科學(xué)家獲得了2011年的諾貝爾物理獎(jiǎng)。

宇宙正在加速膨脹

Ia型超新星是白矮星吞噬伴星物質(zhì)后爆發(fā)的一種超新星，它的爆發(fā)時(shí)質(zhì)量固定為錢德拉塞卡極限，也就是1.44倍太陽(yáng)質(zhì)量，爆發(fā)時(shí)釋放的能量相對(duì)固定，所以它能被拿來(lái)作為標(biāo)準(zhǔn)燭光，而兩個(gè)科學(xué)團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)Ia型超新星的異常紅移，不是宇宙學(xué)模型有問(wèn)題就是宇宙正在加速膨脹！

Ia型超新星爆發(fā)過(guò)程

事實(shí)證明是后者，那么是什么原因造成了宇宙正在加速膨脹呢？而且造成宇宙加速膨脹的這種物質(zhì)非常有特性：

1. 首先它看不見(jiàn)

2. 其次是會(huì)產(chǎn)生斥力

3. 最后它在宇宙中均勻分布，不會(huì)聚集成團(tuán)

邁克爾·特納將為此提出了暗能量（dark energy）的概念，根據(jù)2001年6月30日發(fā)射的威爾金森微波各向異性探測(cè)器（WMAP）衛(wèi)星七年的觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)宇宙中有72.8%的暗能量，22.7%的暗物質(zhì)，4.5%是顯物質(zhì)。

而2013年普朗克衛(wèi)星經(jīng)過(guò)更加精確的觀測(cè)，給出的數(shù)據(jù)是68.3%的暗能量、26.8%的暗物質(zhì)和4.9%的顯物質(zhì)。據(jù)此計(jì)算，暗能量在我們周圍的密度大約為每立方厘米10萬(wàn)億億億分之一克，所以我們根本就感覺(jué)不到它，但架不住宇宙的龐大，而它產(chǎn)生斥力正主導(dǎo)這宇宙未來(lái)的結(jié)局。

• 宇宙未來(lái)的結(jié)局？

宇宙的形狀與未來(lái)的結(jié)局可以通過(guò)愛(ài)因斯坦的廣相引力場(chǎng)公式通過(guò)假設(shè)各向同性推測(cè)出來(lái)，但它取決于宇宙學(xué)常數(shù)Λ和宇宙空間曲率K！

K和Λ組合的各種情況

空間曲率可以通過(guò)微波背景輻射假設(shè)的兩點(diǎn)，再計(jì)算出它們的實(shí)際位置，和地球之間建立的測(cè)量模型來(lái)確定，但實(shí)際測(cè)量結(jié)果是幾乎就是平坦的，不是宇宙大的難以想象就是宇宙本身就是平坦的。

測(cè)量方式和測(cè)量原理

上圖是測(cè)量的方式和測(cè)量原理，至少我們知道了宇宙是平坦的，那么未來(lái)它的命運(yùn)就取決于Λ的取值了。

宇宙常數(shù)被賦予了新的意義

所以觀測(cè)暗能量在宇宙中的分布就成了二十一世紀(jì)天文學(xué)最重要的任務(wù)。

有心栽樹(shù)和無(wú)心插柳

從2013年開(kāi)始的暗能量巡天計(jì)劃參與研究的大學(xué)超過(guò)20個(gè)，通過(guò)觀測(cè)超新星、重子聲學(xué)震蕩和大尺度上的星系團(tuán)以及弱引力透鏡來(lái)分析和推演宇宙膨脹的原因，因?yàn)榘的芰亢桶滴镔|(zhì)一樣根本無(wú)法直接觀測(cè)。

暗能量相機(jī)和布蘭科望遠(yuǎn)鏡

布蘭科望遠(yuǎn)鏡位于智利境內(nèi)的國(guó)家科學(xué)基金會(huì)托洛洛山美洲際天文臺(tái)，始建于1974年，是當(dāng)時(shí)南半球最大的望遠(yuǎn)鏡，1998年發(fā)現(xiàn)的宇宙加速膨脹從而催生了暗能量研究的Ia超新星觀測(cè)，正是這臺(tái)望遠(yuǎn)鏡作出的。而現(xiàn)在這位始作俑者將要參與到更重要的工作中去。

布蘭科望遠(yuǎn)鏡

世上最強(qiáng)像素的數(shù)碼相機(jī)

暗能量巡天中最重要的核心裝備除了布蘭科望遠(yuǎn)鏡以外，就是一臺(tái)5.7億像素的暗能量相機(jī)，它極高的靈敏度可以捕捉到80億光年外的10萬(wàn)多個(gè)星系的暗弱光線，核心感光元件是一個(gè)62塊（CCD）組成的陣列，在紅外波段被特別加強(qiáng)以觀測(cè)暗弱天體。

暗能量相機(jī)最關(guān)鍵的CCD

與主鏡口徑4米的布蘭科望遠(yuǎn)鏡配合，大到研究決定宇宙命運(yùn)的暗能量分布，小到研究太陽(yáng)系內(nèi)未知小行星的觀測(cè)，而正是大小通吃的布蘭科望遠(yuǎn)鏡，正是作出后來(lái)有心栽樹(shù)和無(wú)心插柳的小把戲，當(dāng)然無(wú)論哪個(gè)都是現(xiàn)代天文學(xué)的巨大進(jìn)步，因?yàn)樾⌒行堑姆植紝?duì)太陽(yáng)系起源同樣有著非常重大的幫助。

布蘭科望遠(yuǎn)鏡從2013年開(kāi)始到2019年間同時(shí)觀測(cè)了黃道面附近的天體，其強(qiáng)大的口徑和暗能量相機(jī)靈敏的感光能力，發(fā)現(xiàn)了大量在海王星外的小行星天體，其中有316個(gè)天體已經(jīng)被成功識(shí)別，還有139個(gè)未知天體仍有待持續(xù)觀測(cè)。

這些暗弱天體對(duì)地球有影響嗎？

尋找海王星外天體一直都是天文觀測(cè)的重要任務(wù)，從赫歇爾發(fā)現(xiàn)天王星，勒維耶計(jì)算出海王星軌道后的Planet X計(jì)劃，最后美國(guó)天文學(xué)家湯博拔得頭籌發(fā)現(xiàn)了冥王星，之后則開(kāi)始了漫長(zhǎng)的第十大行星搜索，二十世紀(jì)末而二十一世紀(jì)初，因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)大量的海王星外天體，使得冥王星的位置岌岌可危，因此IAU（國(guó)際天文聯(lián)合會(huì)）在2006年將冥王星開(kāi)除出九大行星行列。

X行星

但不過(guò)是從第十大行星變成了第九大行星搜索計(jì)劃，熱情依然不減?？茖W(xué)界想盡了一切辦法，包括對(duì)矮行星的引力擾動(dòng)，以及微引力透鏡觀測(cè)，甚至寬視場(chǎng)紅外巡天等等，但始終未找到任何存在的跡象！

賓夕法尼亞大學(xué)的物理學(xué)家和天文學(xué)家加里·伯恩斯坦（Gary Bernstein）說(shuō)：“想要在太陽(yáng)系邊緣找到第九大行星的想法，現(xiàn)在可以停止了”！

• 既然不再搜索第九大行星，為何還要尋找小行星？

法國(guó)尼斯天文臺(tái)的幾位天文學(xué)家曾經(jīng)提出過(guò)一個(gè)有趣的模型，他們認(rèn)為木星的軌道遷移和地球上海洋的形成有非常大的關(guān)系，這個(gè)理論認(rèn)為太陽(yáng)系每顆行星的軌道是相對(duì)固定的，就像提丟斯定則描述的那樣，但木星在形成時(shí)并不在在現(xiàn)在的軌道上，但在它調(diào)整到目前軌道的過(guò)程中，直接導(dǎo)致了太陽(yáng)系的一場(chǎng)腥風(fēng)血雨。

因?yàn)樗囊_動(dòng)喚醒了正在太陽(yáng)系邊陲沉睡的小行星和彗星，那些被改變了軌道的小行星增加了前往太陽(yáng)系內(nèi)行星軌道的概率，大量的彗星被甩入一個(gè)大橢圓軌道，月球和地球以及其他行星都遭受了彗星大轟炸。這些彗星為地球帶來(lái)的大量的水資源，所幸的是地球還留住了這些水，要不然就白白挨炸了，比如月球。

所以找出這些小行星的分布對(duì)于還原太陽(yáng)系早期行星軌道有著非常重大的意義，甚至月球起源都可能包含在這些小行星的秘密中，因?yàn)楫?dāng)前流行的月球起源就是地球被忒伊亞撞擊形成，現(xiàn)在用氧同位素檢測(cè)在月球上發(fā)現(xiàn)了忒伊亞留下的痕跡，但這需要更多的證據(jù)來(lái)佐證。

• 小行星對(duì)于地球的威脅

小行星對(duì)于地球的威脅是一個(gè)老生常談的問(wèn)題，遠(yuǎn)在恐龍滅絕，盡在通古斯大爆炸，甚至前幾年發(fā)生的車?yán)镅刨e斯克小行星凌空爆炸說(shuō)的都是小行星對(duì)地球威脅的問(wèn)題，因?yàn)樾⌒行翘等?，所以絕大部分時(shí)候都是到了跟前才知道，比如天文學(xué)家都認(rèn)為，跟蹤直徑幾百米的小行星是一個(gè)難題，如果要監(jiān)測(cè)幾十米級(jí)別的小行星，那絕對(duì)是一個(gè)噩夢(mèng)。

4月29日將要靠近地球的小行星1998-OR2

這正是暗能量巡天望遠(yuǎn)鏡對(duì)紅外波段的超靈敏感知能力所擅長(zhǎng)的，有它的幫助，發(fā)現(xiàn)近地小行星的概率可以大增，不過(guò)很可惜盡管它有這個(gè)能力卻難以用來(lái)對(duì)近地小行星巡天。這個(gè)任務(wù)是NEAT（Near Earth Asteroid Tracking），美國(guó)國(guó)家航空航天局和噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室推進(jìn)的近地小行星搜索計(jì)劃，參與的望遠(yuǎn)鏡包括：

• 夏威夷海勒卡拉火山的GEODSS寬視場(chǎng)望遠(yuǎn)鏡

• 帕洛馬山天文臺(tái)1.2米口徑的塞繆爾·奧斯欽(Samuel Oschin)望遠(yuǎn)鏡

其中帕洛馬山天文臺(tái)1.2米口徑的塞繆爾·奧斯欽望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了夸歐爾、塞德娜及矮行星厄里斯，可謂是戰(zhàn)功赫赫，除了專業(yè)天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)以外，NEAT的數(shù)據(jù)是是公開(kāi)的，也就是所有人都可參與到近地小行星搜索的計(jì)劃中來(lái)，以便為海量的數(shù)據(jù)找到一個(gè)利用的途徑，否則它們將在數(shù)據(jù)庫(kù)中沉睡，而且你的發(fā)現(xiàn)還有可能在未來(lái)避免一場(chǎng)浩劫哦！

不過(guò)各位可以放心，當(dāng)前發(fā)現(xiàn)的海王星外天體，也就是139顆位置的小行星天體，不會(huì)對(duì)地球構(gòu)成威脅，因?yàn)樗鼈儗?shí)在太遠(yuǎn)了，另一個(gè)關(guān)鍵則是這些小行星能被布蘭科發(fā)現(xiàn)，表示它們的質(zhì)量比較大，軌道是相對(duì)穩(wěn)定的，不會(huì)闖入內(nèi)行星軌道！