摘要：宇宙是什么？它是如何形成的？它有多大？它有多老？它是怎样运行的？它的未来会怎样？这些问题一直困扰着人类，也激发着人类对宇宙的探索和研究。科学家们利用各种手段，如望远镜、探测器、卫星等，观测和测量宇宙中的各种天体和现象，试图揭开宇宙的奥秘。

【科普新视界】科学家们在探索宇宙中发现了一个惊人的秘密！

宇宙是什么？它是如何形成的？它有多大？它有多老？它是怎样运行的？它的未来会怎样？这些问题一直困扰着人类，也激发着人类对宇宙的探索和研究。科学家们利用各种手段，如望远镜、探测器、卫星等，观测和测量宇宙中的各种天体和现象，试图揭开宇宙的奥秘。

最近，科学家们在探索宇宙中发现了一个惊人的秘密！他们利用一种先进的仪器，制作了迄今为止最详细的三维地图，展示了宇宙中数百万个星系和类星体的分布和运动。这个地图不仅可以帮助我们更好地理解宇宙的结构和演化，还可以为我们解决一些关于暗物质和暗能量的谜团。

那么，这个仪器是什么？这个地图是怎样制作的？这个发现有什么意义？让我们一起来看看吧！

一、神奇的仪器：DESI

这个仪器的名字叫做DESI，全称是Dark Energy Spectroscopic Instrument，即暗能量光谱仪。这是一个由美国能源部资助，由美国伯克利国家实验室领导，由来自13个国家的近1000名科学家和工程师参与建造和运行的国际合作项目。

DESI安装在位于亚利桑那州基特峰山顶的梅格尔4米望远镜上。这个望远镜原本是用于观测太阳系内外的天体，但在2019年被改造成了DESI专用的望远镜。DESI最重要的部分是一个拥有5000条光纤系统的装置，可以同时观测5000个不同方向上的天体。每条光纤都可以独立地调整角度和位置，以便捕捉到目标天体的光线。这些光纤将天体的光线传输到10台高精度的光谱仪上，将光线分解成不同波长的色带，并记录下每种波长对应的强度。通过分析这些光谱数据，科学家们可以得到天体的化学成分、距离、速度等信息。

DESI于2020年10月正式开始运行，计划在五年内观测约3500万个星系和250万个类星体。类星体是一种非常亮且非常遥远（距离地球几十亿光年）的天体，通常是由超大质量黑洞吞噬周围物质而产生的高能辐射。通过观测这些天体，DESI可以探测到距今约110亿年前（也就是大爆炸后约30亿年）的宇宙状态。

二、精彩的地图：3D

利用DESI收集到的数据，科学家们制作了迄今为止最详细的三维地图。这个地图展示了距离我们110亿光年范围内数百万个星系和类星体在空间中的位置和运动。这个地图不仅可以让我们看到宇宙的壮观景象，还可以让我们了解宇宙的历史和未来。

为什么要制作三维地图呢？因为宇宙是一个动态的、膨胀的、变化的系统，而不是一个静止的、固定的、恒定的结构。我们观测到的天体，其实是它们在过去某个时刻的样子，而不是现在的样子。因为光线需要一定的时间才能从天体传播到我们的眼睛或仪器上，这个时间取决于天体和我们之间的距离。越远的天体，我们看到的就越是它们过去的样子。比如，太阳离我们大约有8分钟光程，也就是说，我们看到的太阳其实是8分钟前的太阳。而最近的星系——仙女座星系，离我们大约有250万光年，也就是说，我们看到的仙女座星系其实是250万年前的仙女座星系。而DESI观测到的最遥远的类星体，离我们有110亿光年，也就是说，我们看到的类星体其实是110亿年前的类星体。

这样一来，我们就可以利用这些天体作为时间标记，来重建宇宙在不同时期的状态。就像一部电影，每个画面都代表一个时刻，把这些画面连起来，就可以看到整个故事。当然，这个电影并不完整，因为我们只能看到从地球出发的光线能够到达的天体，而不能看到地球背后或者其他方向上的天体。但即使如此，这个电影也已经非常精彩了。

三、重要的意义：暗物质和暗能量

这个地图有什么意义呢？它可以帮助我们解决一些关于暗物质和暗能量的谜团。暗物质和暗能量是两种神秘而又重要的物质形式，它们占据了宇宙中绝大部分（约95%）的质量和能量，但是我们却无法直接观测到它们。我们只能通过它们对可见物质（如星系）产生的引力或反引力效应来推断它们的存在和性质。

暗物质是一种无法发射或反射任何电磁辐射（如光、热、无线电等）的物质，因此对于普通的望远镜来说是隐形的。但是暗物质具有质量，因此可以通过引力作用影响可见物质。科学家们认为，暗物质是星系形成和演化的重要因素，因为它可以提供足够的引力来抵抗宇宙膨胀和恒星运动所造成的离心力。如果没有暗物质，星系就会被撕裂或飞散。通过观测星系在空间中的分布和运动，科学家们可以推算出暗物质在其中所占据的比例和分布。

暗能量则是一种具有反引力效应的能量形式，它可以使空间本身加速膨胀。科学家们发现，在过去约70亿年里，宇宙膨胀的速度不但没有减缓，反而加快了。这意味着有一种能量在推动宇宙加速膨胀，而这种能量就被称为暗能量。暗能量的本质和来源还不清楚，有些科学家认为它是空间本身的固有属性，有些科学家认为它是一种未知的场或粒子。通过观测宇宙膨胀的历史和现状，科学家们可以估计出暗能量在宇宙中所占据的比例和作用方式。

DESI的地图可以为我们提供关于暗物质和暗能量的重要线索。因为DESI不仅可以测量天体的位置，还可以测量天体的运动。这样，我们就可以知道天体是如何受到暗物质和暗能量的影响而变化的。比如，我们可以通过测量星系之间的距离和速度，来计算出宇宙膨胀的速率。我们还可以通过测量类星体发出的光线在穿过星系团时是否发生偏折，来判断出星系团中暗物质的分布和密度。

DESI的地图还有一个特别的功能，就是可以利用一种叫做巴奥振荡（Baryon Acoustic Oscillations，简称BAO）的现象来作为标尺，来测量宇宙中不同距离和时间的尺度。巴奥振荡是一种由普通物质（如电子、质子、中子等）和光子（即光的粒子）组成的波，在大爆炸后约38万年时形成的。当时，宇宙还是一个非常热、非常密集、非常均匀的等离子体，普通物质和光子紧密地相互作用着。由于引力和压力之间的竞争，普通物质和光子形成了一系列向外扩散的波，就像水中扔进一块石头产生的涟漪一样。这些波在空间中留下了一些特征性的痕迹，就像音箱在墙上留下了声纹一样。这些痕迹可以作为标尺，来测量不同方向上不同距离的天体之间的角度和长度。通过比较这些角度和长度，我们就可以知道宇宙在不同时期是如何膨胀或收缩的。

DESI已经发布了第一批数据，包括了对420万个星系和230万个类星体的观测结果。科学家们利用这些数据制作了一个覆盖了11亿光年范围内约200万个天体的三维地图，并发表了23篇论文来分析这些数据所揭示的关于暗物质和暗能量的信息。这些论文显示了DESI对于探索宇宙历史和未来的巨大潜力。

四、结语

DESI是一个前沿而又复杂的科学项目，它利用先进的技术和方法，观测了数百万个遥远而又亮丽的天体，制作了最详细而又精彩的三维地图，揭示了关于暗物质而又神秘的秘密。DESI让我们对宇宙有了更深入而又全面的认识，也让我们对宇宙有了更多而又新奇的问题。DESI还在继续运行，它将会为我们带来更多的惊喜和启示。让我们一起期待DESI的下一步成果吧！

来源：搭配灵感盒