瞭望宇宙盡頭

朱國(guó)順

仰望星空的時(shí)候，很多人大概都會(huì)想：宇宙的盡頭是什么？

也許在不太長(zhǎng)的時(shí)間之后，你有可能會(huì)知道是什么。

北京時(shí)間2021年12月25日晚上8點(diǎn)15分，在南美洲法屬圭亞那庫(kù)魯航天基地，阿麗亞娜五號(hào)運(yùn)載火箭帶著韋伯太空望遠(yuǎn)鏡成功升空。這架迄今最先進(jìn)的望遠(yuǎn)鏡，將在一個(gè)月內(nèi)到達(dá)距離地球150萬(wàn)公里的拉格朗日L2點(diǎn)，再經(jīng)過(guò)6個(gè)月的調(diào)整，它將有可能看到135億光年外的影像，接近宇宙的起源。

那可能就是宇宙的盡頭。

當(dāng)然，這一切都是基于我們目前的宇宙大爆炸理論，是正確的。

按照宇宙大爆炸理論，我們目前身處、已知的宇宙，是在距今138億年前，一組極高溫度、極高密度、極高壓力的物質(zhì)突然發(fā)生變化，在極短的時(shí)間里發(fā)生了快速膨脹和冷卻而形成的。在僅僅幾秒鐘的時(shí)間里，類(lèi)似于爆炸的膨脹和冷卻，將物質(zhì)從電子、光子和中微子等基本粒子形態(tài)，逐步形成原子、原子核、分子，并復(fù)合成為通常的氣體。氣體逐漸凝聚成星云，星云進(jìn)一步形成各種各樣的恒星和星系，最終形成今天的宇宙。

宇宙的起點(diǎn)在138億年前。如果要探索宇宙的起源，那就需要回到最初的時(shí)光，在138億光年遠(yuǎn)的地方，那里有宇宙大爆炸最初那道光芒，是理論上能夠讓我們感知的極點(diǎn)?？梢哉f(shuō)，人類(lèi)迄今所有關(guān)于太空、宇宙的探索，就是為了盡可能接近那里。

如何去看到呢？最好的方式，是探測(cè)電磁波。任何高于絕對(duì)溫度零度的物體，都會(huì)釋放出電磁波，溫度越高，釋放的電磁波頻率越高，波長(zhǎng)越短。大部分電磁波都是黑體輻射，人的肉眼看不見(jiàn)，只有頻率在385-750太赫茲、波長(zhǎng)在780-400納米的電磁輻射，是我們可以看見(jiàn)的，那就是日常分為七色的可見(jiàn)光。利用這樣的原理，人類(lèi)制造了一系列探測(cè)和傳輸設(shè)備，從看不見(jiàn)的雷達(dá)探測(cè)、無(wú)線(xiàn)電波傳輸，到看得見(jiàn)的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡、顯微鏡等等。

感知宇宙同樣如此，我們有射電望遠(yuǎn)鏡，也有光學(xué)望遠(yuǎn)鏡。從人類(lèi)感知來(lái)說(shuō)，光學(xué)顯示更直觀(guān)、更清晰。光學(xué)顯示除了七色光譜的可見(jiàn)光外，在紅端之外還有著波長(zhǎng)更長(zhǎng)的紅外光，紫端之外有著波長(zhǎng)更短的紫外光，紅外線(xiàn)和紫外線(xiàn)雖然不能直接可見(jiàn)，但可以通過(guò)儀器進(jìn)行記錄和顯示，大大增強(qiáng)了人類(lèi)的視野，比如通過(guò)紅外探照燈，就可以在伸手不見(jiàn)五指的黑夜看到清晰的景象。

用于宇宙探測(cè)的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡，此前最有名的是哈勃望遠(yuǎn)鏡，它主要用于可見(jiàn)光和紫外光探測(cè)。但宇宙中遍布天體運(yùn)動(dòng)帶來(lái)的塵埃，會(huì)吸收大量可見(jiàn)光，遮擋大量恒星和行星，因而最新發(fā)射的韋伯望遠(yuǎn)鏡采用了紅外探測(cè)，希望能穿透塵埃、感知更遠(yuǎn)，看清宇宙更深處微弱的熱源和掩藏的秘密。

哈勃望遠(yuǎn)鏡口徑2.4米，韋伯的主鏡片直徑達(dá)到了6.5米，面積達(dá)25.4平方米，是哈勃的6倍。6.5米超過(guò)了阿麗亞娜火箭直徑，因而韋伯的鏡片被細(xì)分為18面六邊形的分鏡，折疊后到太空再打開(kāi)。由于鏡片將在低于零下220攝氏度的環(huán)境工作，因而采用了堿土金屬鈹制作，剛性強(qiáng)、熱穩(wěn)定性和傳導(dǎo)率高、密度低，加工精度控制在10納米內(nèi)，只是數(shù)十個(gè)鈹原子的長(zhǎng)度。表面用氣相沉積噴涂了一層120納米厚的黃金，用于提高傳導(dǎo)效果即靈敏度，金層外又噴涂了一層極薄的二氧化硅，保護(hù)柔軟的金層。

在拉格朗日L2點(diǎn)，韋伯與地球太陽(yáng)形成一條直線(xiàn)并且引力恒等，相對(duì)位置始終保持不變。但陽(yáng)光會(huì)導(dǎo)致韋伯升溫，不利于紅外觀(guān)測(cè)，為此在背向太陽(yáng)的一面，設(shè)置了300平方米面積的五層防護(hù)陽(yáng)光熱量的太陽(yáng)盾。每層均由電鍍形成的硅膜與鋁膜組成，厚度在25微米至50微米之間，每層都可減少90%的熱量，并輔以液氦制冷技術(shù)，最終能將溫度降低300攝氏度，確保韋伯望遠(yuǎn)鏡始終在零下230攝氏度左右工作。

2020年1月，哈勃望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了一個(gè)EGS77三重星系群，它大約誕生于宇宙大爆炸后的6.8億年，是迄今發(fā)現(xiàn)的最遙遠(yuǎn)、最古老星系群。按照預(yù)測(cè)，韋伯望遠(yuǎn)鏡將能觀(guān)測(cè)到135億多年前的星系，那時(shí)距離宇宙大爆炸只有2億多年時(shí)間，非常接近宇宙起源，很有可能觀(guān)測(cè)到宇宙第一批天體的形成和演化。

或許，那就是宇宙遙遠(yuǎn)的盡頭。