遼寧
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主譯：余路漢
校對(duì)：清水明澄
審核：牧夫天文校對(duì)組
美編：張少巖
后臺(tái)：王啟儒
推測(cè)上太陽系以370km/s的速度移動(dòng)是以宇宙背景為參照物的。這一計(jì)算速度的根據(jù)之一是“宇宙原理”——該原理認(rèn)為宇宙中不存在特殊位置，即使在小尺度上存在不均勻性，但從宏觀角度來看依然是均勻的。
比勒費(fèi)爾德大學(xué)盧卡斯·伯梅（Lukas B?hme）等人的研究團(tuán)隊(duì)，通過統(tǒng)計(jì)遙遠(yuǎn)宇宙中“射電星系”數(shù)量，他們提出估算下太陽系的移動(dòng)速度可能約為1360km/s，這一數(shù)值是以往預(yù)估的3倍以上。
這項(xiàng)研究結(jié)果不只停留在字面上的“太陽系的移動(dòng)速度可能比傳統(tǒng)預(yù)估快3倍以上”，更暗示了我們可能有必要修正整個(gè)宇宙的宇宙模型。
01
太陽系的移動(dòng)速度是多少？
我們居住的太陽系，在宇宙中的移動(dòng)速度究竟是多少？要想回答這個(gè)問題，首先必須明確以什么為參照物。
直觀上最容易理解的，是以遙遠(yuǎn)的宇宙背景為參照的移動(dòng)速度，其原理與地球上測(cè)算運(yùn)動(dòng)物體速度的邏輯頗為相似。
而對(duì)于宇宙中運(yùn)動(dòng)的物體而言，核心的參照基準(zhǔn)是起源于極其遙遠(yuǎn)的宇宙、從所有方向到達(dá)的地球的最初之光——“宇宙微波背景輻射”；谶@一基準(zhǔn)，太陽系的移動(dòng)速度則被估算為約370km/s（369.82±0.11km/s）。
那么，這個(gè)“約370km/s”的速度是如何得出的呢？宇宙微波背景輻射指的是從宇宙的所有方向而來，并且觀測(cè)到的都是幾乎相同波長(zhǎng)的光（※1）。這一性質(zhì)與當(dāng)前宇宙模型的重要前提“宇宙原理”并不矛盾。宇宙原理是指“宇宙中不存在特殊的位置，即使在小尺度上存在不均勻性，但從大尺度來看仍然是均勻的”這一觀點(diǎn)。
※1…若進(jìn)行精密觀測(cè)，雖然能夠觀測(cè)到波長(zhǎng)存在細(xì)微差異的不均勻性，但這屬于局部且微小的差異，與宏觀上的均勻性并不矛盾。
▲圖1：如果太陽系沒有移動(dòng)，宇宙微波背景輻射理論上應(yīng)該是近乎均勻的。然而實(shí)際測(cè)量發(fā)現(xiàn)，宇宙兩個(gè)半球的背景輻射波長(zhǎng)存在差異。這種差異被認(rèn)為是由太陽系的運(yùn)動(dòng)引起的（圖源: NASA）
然而，對(duì)宇宙微波背景輻射進(jìn)行精密觀測(cè)時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)宇宙從一半傳來的光比另一半的光波長(zhǎng)稍短。
"宇宙的一半"這個(gè)尺度過于宏大，若存在這樣的差異則違背了宇宙原理。因此天文學(xué)家認(rèn)為，這種差異并非源于宇宙原理的錯(cuò)誤，而是由于太陽系自身的運(yùn)動(dòng)影響了宇宙微波背景輻射的波長(zhǎng)。
雖然太陽系的運(yùn)動(dòng)能影響宇宙光線的說法聽起來頗為夸大，但其原理與日常生活中經(jīng)歷的現(xiàn)象相同。比如聽到救護(hù)車警笛時(shí)，靠近時(shí)聽到的聲音會(huì)比遠(yuǎn)離時(shí)聽到的音調(diào)更高——這是由于聲源（救護(hù)車）的運(yùn)動(dòng)改變了聲波波長(zhǎng)所產(chǎn)生的，即"多普勒效應(yīng)"。光與聲同屬波，同樣遵循多普勒效應(yīng)。
于是在多普勒效應(yīng)的疊加上，再次測(cè)量宇宙微波背景輻射波長(zhǎng)的變化程度，即可反推出太陽系的移動(dòng)速度。經(jīng)過精密測(cè)量，天文學(xué)家計(jì)算出太陽系相對(duì)宇宙微波背景輻射的移動(dòng)速度約為370km/s。以宇宙原理為基礎(chǔ)的現(xiàn)行宇宙模型，也是在修正太陽系運(yùn)動(dòng)造成的觀測(cè)偏差后構(gòu)建而成的。
02
太陽系的移動(dòng)速度在3倍以上？
比勒費(fèi)爾德大學(xué)的盧卡斯·伯梅（Lukas B?hme）研究團(tuán)隊(duì)發(fā)表了一項(xiàng)質(zhì)疑這個(gè)約370km/s數(shù)值的研究成果。伯梅團(tuán)隊(duì)本次的研究對(duì)象，是遙遠(yuǎn)宇宙中眾多的“射電星系”。顧名思義，射電星系是指發(fā)出強(qiáng)烈射電波的星系。
這里讓我們暫時(shí)回歸宇宙原理的討論。根據(jù)宇宙原理，星系的數(shù)量和分布不應(yīng)存在偏差，因此無論觀測(cè)宇宙的哪個(gè)方向，在相同面積的天空中理應(yīng)能觀測(cè)到大致相同數(shù)量的星系。
嚴(yán)格來說，要觀測(cè)星系，需要（身處地球的）觀測(cè)者捕捉到來自星系的光。一旦光被塵埃、氣體等吸收，原本應(yīng)該存在的星系則難以觀測(cè)，也就不會(huì)被計(jì)入數(shù)量了。
另一方面，射電波具有相較于其他波長(zhǎng)光線更不易被塵埃和氣體遮擋的特性。因此可以認(rèn)為，發(fā)射強(qiáng)烈射電波的射電星系相比其他波段的觀測(cè)，漏計(jì)數(shù)量會(huì)更少。
不過，這種射電星系的觀測(cè)數(shù)量也會(huì)受到太陽系移動(dòng)速度的影響。觀測(cè)太陽系前進(jìn)方向的天空，與觀測(cè)遠(yuǎn)離方向的天空相比，射電星系的數(shù)量會(huì)看起來略微更多。這類似于在雨中行駛的車內(nèi)觀察雨滴時(shí)，前進(jìn)方向側(cè)比遠(yuǎn)離方向側(cè)更容易觀察到雨滴。
這種從外觀上產(chǎn)生的電波星系數(shù)量差異極其微小，因此必須進(jìn)行高靈敏度的觀測(cè)。此外，一個(gè)電波星系中可能存在多個(gè)電波源，有時(shí)會(huì)讓人誤以為是多個(gè)電波星系。
▲圖2：設(shè)置在荷蘭？怂孤鍫柦紖^(qū)LOFAR（低頻陣列射電望遠(yuǎn)鏡）的核心部分。（圖源: LOFAR & ASTRON）
伯梅團(tuán)隊(duì)通過分析多個(gè)射電望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)數(shù)據(jù)，精確統(tǒng)計(jì)了射電星系的數(shù)量。其中作為主要分析對(duì)象的是遍布?xì)W洲各地的射電望遠(yuǎn)鏡群“LOFAR”的觀測(cè)數(shù)據(jù)。針對(duì)將單個(gè)射電星系誤判為多個(gè)的問題，研究團(tuán)隊(duì)通過比對(duì)不同觀測(cè)數(shù)據(jù)并運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法進(jìn)行了處理。
分析結(jié)果顯示，觀測(cè)到的射電星系數(shù)量偏差遠(yuǎn)超當(dāng)前宇宙模型的預(yù)測(cè)值（※2）。該偏差達(dá)到3.67±0.49倍。換言之，若太陽系正以約1360km/s的速度移動(dòng)——即比先前估算快3倍以上——便能合理解釋這一偏差。
※2：該結(jié)果的顯著性達(dá)到5.4σ，已超過天文學(xué)界“有效發(fā)現(xiàn)”的5σ閾值標(biāo)準(zhǔn)。
03
修正宇宙模型的必要性？
出現(xiàn)當(dāng)前3倍速的巨大偏差，其影響遠(yuǎn)不止于改寫太陽系的“性能參數(shù)”。因?yàn)楝F(xiàn)行宇宙模型的相關(guān)研究，都以太陽系移動(dòng)速度約370km/s為前提對(duì)觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行校正，并以此構(gòu)建理論、與觀測(cè)數(shù)據(jù)相互驗(yàn)證和校準(zhǔn)。若將太陽系移動(dòng)速度修正為約1360km/s，觀測(cè)結(jié)果的校正將發(fā)生重大變化，這可能會(huì)對(duì)宇宙模型本身產(chǎn)生影響。
另一種可能是，“太陽系移動(dòng)速度比傳統(tǒng)估計(jì)快3倍以上”這個(gè)結(jié)論本身存在錯(cuò)誤。本次研究基于“射電星系分布均勻”的假設(shè)推算速度，倘若其分布本身就不均勻且實(shí)際存在偏差，便可能導(dǎo)致此類誤判。但這種情況同樣違背了“大尺度宇宙是均勻的”這一宇宙原理，因此仍然需要對(duì)宇宙模型進(jìn)行修正。
本次研究基于海量觀測(cè)數(shù)據(jù)分析得出結(jié)果，因此尚不能完全排除分析方法本身存在重大錯(cuò)誤的可能性，未來研究也必然會(huì)對(duì)這一環(huán)節(jié)加以驗(yàn)證。若該結(jié)論能通過后續(xù)第三方檢驗(yàn)，我們當(dāng)前使用的宇宙模型將或多或少需要作出調(diào)整。
一句話點(diǎn)評(píng)：
太陽系的移動(dòng)速度可能快了三倍的“疾馳感”固然驚人，但更值得關(guān)注的是這種變化所帶來的更深層次的影響。（筆者）
責(zé)任編輯：甘林
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