普朗克衛星揭秘宇宙中的暗物質與暗能量

 暗物質與暗能量是宇宙中最神秘的成分，暗物質假說認為宇宙中有一種不可見物質幾乎只通過引力和其它物質相互作用；而暗能量則被認為是宇宙加速膨脹的幕後推手。這兩種神秘成分加上一般的可見物質以及描述宇宙加速膨脹的哈伯常數，構成了目前的標準宇宙模型。

圖：宇宙微波背景輻射。Credit: ESA/Planck Collaboration

普朗克衛星(Planck Satellite)是歐洲空間局(European Space Agency, ESA)在2000年發射的一顆衛星，項目一直持續到2013年。在這段時間內，普朗克衛星對宇宙的微波背景輻射進行了非常細緻的觀測。普朗克衛星的觀測數據在2013和2015年分別有過一次發布。不過由於數據處理上面的一些不足和瑕疵，有部分結論還不夠清晰。2018年7月17日，普朗克衛星進行了最後一次數據發布，對前兩次發布的數據進行了修正和完善。這次的結果給出了對微波背景輻射的溫度及偏振的詳細分析，同時給出了通過測量微波背景輻射得到的哈勃常數。這些數據都非常契合現有的標準宇宙模型。因此，普朗克衛星通訊稿稱其驗證了一個「幾乎完美的宇宙」。

為甚麼說「幾乎完美」呢？因為這裡面還有幾個問題。一方面，雖然包括普朗克衛星在內的大量觀測表明暗物質和暗能量是存在的，但是目前沒有任何手段能直接測定它們到底是什麼。在得到直接的證據之前，暗物質和暗能量只能停留在假說階段。另一方面，普朗克衛星通過測定微波背景輻射得到的哈勃常數相當於較古老時期的宇宙膨脹係數，而它和哈勃空間望遠鏡(Hubble Space Telescope)測定的較近代的哈勃常數竟然不完全一致。這有可能說明宇宙的加速膨脹本身也在加速。而這個加速又是什麼原因導致的呢？科學家尚無定論。可以說，暗物質，暗能量，以及變化的哈勃常數是現在「幾乎完美的宇宙」模型上的三朵烏雲。還記得開爾文勳爵在1900年曾聲稱「物理大廈已經落成」，但還有「兩朵烏雲籠罩」。正是那兩朵烏雲導致經典物理大廈轟然倒塌，被相對論以及量子力學取代。那麼在一百年後的今天，「幾乎完美的宇宙」模型上的三朵烏雲又將帶來怎樣的變革，我們拭目以待。