尋尋覓覓,太陽系中暗能量,你究竟身於何處?

天文在線 發佈 2020-01-04T01:25:23+00:00

當我們在上個世紀末發現了暗能量的存在,那時我們對於宇宙的認知發生了一個巨大的變革。在那之前,宇宙大爆炸是最終宇宙轟轟烈烈的開端。大爆炸時,整個宇宙開始變得熾熱,緊密,通過很長一段時間,急劇擴張並冷卻。

當我們在上個世紀末發現了暗能量的存在,那時我們對於宇宙的認知發生了一個巨大的變革。在那之前,宇宙大爆炸是最終宇宙轟轟烈烈的開端。大爆炸時,整個宇宙開始變得熾熱,緊密,通過很長一段時間,急劇擴張並冷卻。

就像宇宙一開始的擴張那樣偉大,有一股巨大的引力作用將宇宙中的所有物質和能量拉到一起。以此為據,宇宙將會有3種命運。

圖解:大爆炸後宇宙演化歷程

引力將會戰勝最初的擴張,宇宙會停止膨脹,顛倒它發展的方向進行收縮。很長時間以後,宇宙會在巨大的壓縮下再次崩潰。

最初的擴張過大,引力將永不會把宇宙拉回來,而宇宙中的每一樣東西都會被膨脹扯得越來越遠,最終導致大冷卻。

或者宇宙可以剛剛好完美的平衡這兩種狀態,也許一個小小的質子就會使其崩潰,但幸運的是那個質子又確實不存在。這給我們了一個重要的標準宇宙模型,處在再次崩潰和永恆擴張的邊緣。

圖解:圖解:三種宇宙演化過程:重新坍縮,保持平衡,無限擴張。

但是宇宙又常常使我們震驚。

除了以上提到的三種情況,宇宙擴張的速度已經衰減了一段時間了,但是根據我們的記錄,星系間的距離在加速增加。這種轉變發生在60億年前,也就是宇宙78億歲的時候。這個轉變也改變了我們所預設的三種情景。

當然,宇宙最後會終結於大冰凍,但它不會像大家所假想的那樣冰凍得如此之快。另外,所有遠距(300萬光年以外),本就和我們沒有引力束縛連接的星系,星群和星團,將會通過暗能量把我們推遠;宇宙的擴張將永不停息。

但這將如何影響更微觀,本地,和潛在可檢驗的具體物理特徵呢?如果我們想在科學界中理解一樣東西,單單描述它做了什麼是遠遠不夠的。我們想要了解它實際是怎樣運作的。即使暗能量的力量不足以解開星系,星團或者太陽系間的引力束縛,它也會對宇宙時間的結構產生影響。即使這些影響十分微小,為了足夠的準確度,我們也應該去探測它們。

圖解:今期與早期的宇宙質能分布餅圖

從歷史的觀點看,牛頓理論存在的引力問題引出了愛因斯坦的廣義相對論,這個問題是關於水星軌道。眾所周知,如果在太陽系中只有兩個天體,水星和太陽,那水星將會以完美的橢圓軌道運行。但是在太陽系中同樣存在其他天體,例如行星,小行星,衛星,流星等等......

這使得水星的橢圓軌道向前旋進,或者讓橢圓軌道繞著太陽一直旋轉。


圖解:圖解:水星的軌道偏離正圓程度很大,近日點距太陽僅四千六百萬千米,遠日點卻有7 千萬千米,在軌道的近日點它以十分緩慢的速度按歲差圍繞太陽向前運行,稱為水星進動。

用牛頓引力理論計算出來的水星進動率是532角秒每世紀(0.2度每世紀),但實際觀察的進動率是每世紀537角秒。這個差異的解釋不是關於忽略的質量。而愛因斯坦的理論解釋了每世紀43角秒的誤差並做出了其他大量的假設。

關於宇宙中包含暗能量的一個有趣的事實是它產生了額外的進動因為宇宙常數,或者宇宙內固有的能量。就像豐臣秀吉荒木田發現的一樣,暗能量導致了水星額外的0.4萬億分之一角秒每世紀的進動,然而地球所受的影響要少於30倍。

但這不是現在或者近期內適用,可驗證的,因為我們還有來自於觀測和計算限制的誤差,我們只能精確到百分之一的秒差距。但好消息是從理論上我們是可以驗證暗能量存在的,即當我們的觀測設備(可以了解小行星,柯伊伯帶,奧爾特星雲,和所有的衛星)和計算能力提高,我們就有能力去檢驗暗能量是否真的存在於太陽系中以及它是否是一個宇宙常數。

參考資料

1.Wikipedia百科全書

2.天文學名詞

3. 傅紅寧- forbes

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