鲁宾天文台有望通过其“空间与时间遗产调查”解开黑暗宇宙的谜团。

鲁宾天文台有望通过其“空间与时间遗产调查”解开黑暗宇宙的谜团。这个新的天文台计划建立有史以来最精确的宇宙地图，而在此过程中，也有望解决科学界最为紧迫的两个谜题：黑暗能量和暗物质的本质。这些组成部分共同构成了所谓的黑暗宇宙。

暗物质和暗能量网络中星系的插图显示了引力透镜效应，蓝绿色表示星系的真实位置和形状，白色表示移动的“透镜”形状和位置。 （图片来源：RubinObs/NOIRLab/NSF/AURA/J. Pinto）

鲁宾天文台目前正在智利帕春山的El Peñón山峰上进行开发，计划于2025年开始运营。届时，鲁宾天文台将进行“空间与时间遗产调查”，在接下来的10年里，每隔几个晚上观测整个可见的南方天空。每个晚上它将捕捉到1000张天空的图像，为科学家们提供宇宙的全新视角，以及对宇宙演化过程的洞察。

在此过程中，鲁宾天文台的宽视场将揭示暗物质对远处星系图像的扭曲，这将使科学家们更好地绘制这种神秘物质的地图。而且，由于这种大尺度的宇宙网状结构似乎将星系聚集在一起，而暗能量则推动它们相互分离，这可能揭示了这种宇宙“拉锯战”的细节，从而了解暗能量和暗物质如何交织在一起塑造宇宙。

鲁宾天文台如何解开黑暗宇宙的谜团

对于研究者来说，暗物质和暗能量是具有挑战性的，因为尽管它们占据了宇宙总能量和物质的95%（其中暗物质占27%，暗能量占68%），但它们对我们来说基本上是看不见的。这意味着构成星星、行星和我们日常周围一切（包括我们的身体）的物质仅占宇宙的5%。

维拉·C·鲁宾天文台，在智利塞罗帕雄的埃尔佩尼翁峰的黄昏时分出现。（图片来源：RubinObs/NOIRLab/NSF/AURA/J. Pinto）

暗物质之所以看不见，是因为它不与光相互作用。因此，我们只能通过它对光和我们实际可见的“普通”物质的引力效应进行推断。事实上，这些引力效应确实帮助保持了旋转的星系内部物质的组织，这是由美国天文学家鲁宾首次发现的，她的名字也为这个革命性的新天文台命名。而且，尽管暗物质在内部使星系保持结构稳定，但星系本身也会聚集在一起，这意味着物质在更大的尺度上分布广泛，保持着我们宇宙的结构。

暗能量也在更大的尺度上起作用，加速宇宙的膨胀，推动星系彼此分离得越来越快，同时与时空的结构相互作用。

“你可以把暗物质看作是试图建立宇宙结构的东西，而暗能量则试图稀释它们并推开它们，”鲁宾运营科学家安德烈斯·亚历杭德罗·普拉萨斯·马拉贡在一份声明中说道。“我们将获得一切，借助鲁宾，我们将测量比我们现在所拥有的要多得多的星系属性，这将使我们有统计学的力量来利用弱引力透镜效应，既能够绘制暗物质的分布，又能够研究暗能量随时间的演化。”

暗物质和暗能量之所以令研究者们难以研究，是因为即使它们占据了宇宙总能量和物质的95%（其中暗物质占27%，暗能量占68%），但它们对我们来说基本上是看不见的。这意味着构成星星、行星和我们日常周围一切（包括我们的身体）的物质仅占宇宙的5%。

暗物质之所以看不见，是因为它不与光相互作用。因此，我们只能通过它对光和我们实际可见的“普通”物质的引力效应进行推断。事实上，这些引力效应确实帮助保持了旋转的星系内部物质的组织，这是由美国天文学家鲁宾首次发现的，她的名字也为这个革命性的新天文台命名。而且，尽管暗物质在内部使星系保持结构稳定，但星系本身也会聚集在一起，这意味着物质在更大的尺度上分布广泛，保持着我们宇宙的结构。

暗能量也在更大的尺度上起作用，加速宇宙的膨胀，推动星系彼此分离得越来越快，同时与时空的结构相互作用。

“你可以把暗物质看作是试图建立宇宙结构的东西，而暗能量则试图稀释它们并推开它们，”鲁宾运营科学家安德烈斯·亚历杭德罗·普拉萨斯·马拉贡在一份声明中说道。“我们将获得一切，借助鲁宾，我们将测量比我们现在所拥有的要多得多的星系属性，这将使我们有统计学的力量来利用弱引力透镜效应，既能够绘制暗物质的分布，又能够研究暗能量随时间的演化。”

鲁宾如何揭示黑暗宇宙

暗物质和暗能量对于研究者来说是具有挑战性的，因为即使它们占据了宇宙总能量和物质的95%（其中暗物质占27%，暗能量占68%），但它们对我们来说基本上是看不见的。这意味着构成星星、行星和我们日常周围一切（包括我们的身体）的物质仅占宇宙的5%。

暗物质之所以看不见，是因为它不与光相互作用。因此，我们只能通过它对光和我们实际可见的“普通”物质的引力效应进行推断。事实上，这些引力效应确实帮助保持了旋转的星系内部物质的组织，这是由美国天文学家鲁宾首次发现的，她的名字也为这个革命性的新天文台命名。而且，尽管暗物质在内部使星系保持结构稳定，但星系本身也会聚集在一起，这意味着物质在更大的尺度上分布广泛，保持着我们宇宙的结构。

暗能量也在更大的尺度上起作用，加速宇宙的膨胀，推动星系彼此分离得越来越快，同时与时空的结构相互作用。

“你可以把暗物质看作是试图建立宇宙结构的东西，而暗能量则试图稀释它们并推开它们，”鲁宾运营科学家安德烈斯·亚历杭德罗·普拉萨斯·马拉贡在一份声明中说道。“我们将获得一切，借助鲁宾，我们将测量比我们现在所拥有的要多得多的星系属性，这将使我们有统计学的力量来利用弱引力透镜效应，既能够绘制暗物质的分布，又能够研究暗能量随时间的演化。”

鲁宾如何揭示黑暗宇宙

暗物质和暗能量对于研究者来说是具有挑战性的，因为即使它们占据了宇宙总能量和物质的95%（其中暗物质占27%，暗能量占68%），但它们对我们来说基本上是看不见的。这意味着构成星星、行星和我们日常周围一切（包括我们的身体）的物质仅占宇宙的5%。

暗物质之所以看不见，是因为它不与光相互作用。因此，我们只能通过它对光和我们实际可见的“普通”物质的引力效应进行推断。事实上，这些引力效应确实帮助保持了旋转的星系内部物质的组织，这是由美国天文学家鲁宾首次发现的，她的名字也为这个革命性的新天文台命名。而且，尽管暗物质在内部使星系保持结构稳定，但星系本身也会聚集在一起，这意味着物质在更大的尺度上分布广泛，保持着我们宇宙的结构。

暗能量也在更大的尺度上起作用，加速宇宙的膨胀，推动星系彼此分离得越来越快，同时与时空的结构相互作用。

“你可以把暗物质看作是试图建立宇宙结构的东西，而暗能量则试图稀释它们并推开它们，”鲁宾运营科学家安德烈斯·亚历杭德罗·普拉萨斯·马拉贡在一份声明中说道。“我们将获得一切，借助鲁宾，我们将测量比我们现在所拥有的要多得多的星系属性，这将使我们有统计学的力量来利用弱引力透镜效应，既能够绘制暗物质的分布，又能够研究暗能量随时间的演化。”

鲁宾如何揭示黑暗宇宙

暗物质和暗能量对于研究者来说是具有挑战性的，因为即使它们占据了宇宙总能量和物质的95%（其中暗物质占27%，暗能量占68%），但它们对我们来说基本上是看不见的。这意味着构成星星、行星和我们日常周围一切（包括我们的身体）的物质仅占宇宙的5%。

暗物质之所以看不见，是因为它不与光相互作用。因此，我们只能通过它对光和我们实际可见的“普通”物质的引力效应进行推断。事实上，这些引力效应确实帮助保持了旋转的星系内部物质的组织，这是由美国天文学家鲁宾首次发现的，她的名字也为这个革命性的新天文台命名。而且，尽管暗物质在内部使星系保持结构稳定，但星系本身也会聚集在一起，这意味着物质在更大的尺度上分布广泛，保持着我们宇宙的结构。

一幅插图显示了引力透镜弯曲的光在暗物质的宇宙网络中传播时。（图片来源：RubinObs/NOIRLab/NSF/AURA/J. Pinto）

暗能量也在更大的尺度上起作用，加速宇宙的膨胀，推动星系彼此分离得越来越快，同时与时空的结构相互作用。

“你可以把暗物质看作是试图建立宇宙结构的东西，而暗能量则试图稀释它们并推开它们，”鲁宾运营科学家安德烈斯·亚历杭德罗·普拉萨斯·马拉贡在一份声明中说道。“我们将获得一切，借助鲁宾，我们将测量比我们现在所拥有的要多得多的星系属性，这将使我们有统计学的力量来利用弱引力透镜效应，既能够绘制暗物质的分布，又能够研究暗能量随时间的演化。”

鲁宾将通过更好地绘制无法看见的、遍布宇宙的暗物质宇宙网，利用被称为引力透镜效应的现象，来确定宇宙常数的精确值。

广义相对论表明，具有质量的物体对宇宙的时空结构具有“扭曲”效应。质量越大，扭曲效应越明显。而从时空的扭曲中产生了引力的概念。

当光线经过时空的这种“凹陷”或“凸起”时，光线的路径会弯曲。这意味着当一个质量很大的物体位于地球和一个遥远的光源之间时，背景光源的光线可能会采取不同程度的弯曲路径，这取决于它们与介质物体的接触程度。有时，这些路径会导致光线从我们在地球上的视角看起来放大。这种现象被称为“引力透镜效应”。

暗物质也具有质量，因此尽管这种神秘物质本身不与光相互作用，但它参与了这种光的弯曲效应。这一效应已被用于确定大多数星系周围都有一层暗物质的光晕。

在一些极端情况下，即“强透镜效应”，时空的扭曲效应会导致物体在同一图像中出现多次，或导致背景物体出现模糊或扭曲。这可以放大光线，使得远处和微弱的物体能够被观测到。然而，还有一些更微妙的引力透镜效应，称为“弱透镜效应”，它们本身也是有用的。

弱透镜效应不仅可以在由大质量物体（如星系或星团）产生的强透镜效应的边缘发生，还可以作为相信弥漫在宇宙中的大尺度暗物质宇宙网的结果发生。这会导致远处星系的微小扭曲，这些扭曲通常太微小而无法单独看到，但当考虑到对多个星系的累积扭曲效应时，这些扭曲是可计算的。

这最终意味着，要将弱透镜效应视为宇宙暗物质网的结果，需要大量的星系数据和对整个天空的扭曲效应的观测。

这就是鲁宾的作用。

借助其拥有世界上最大的数字相机的8.4米望远镜提供的巨大视场，鲁宾天文台将能够观察到巨大的天空区域，并收集数十亿个星系及其形状的数据。事实上，鲁宾可能非常强大，以至于它有可能提供证据表明，暗物质和暗能量并不是宇宙的正确组成部分，而需要修正引力理论，以解释我们在周围看到的宇宙。

“暗能量是与爱因斯坦广义相对论的引力理论相契合的概念，但鲁宾和空间与时间遗产调查也将使我们有机会探索与之不同的理论，这也非常令人激动，”普拉萨斯·马拉贡总结道。

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