科技日報記者 張夢然

美國約翰·霍普金斯大學(xué)和芝加哥大學(xué)科學(xué)家利用位于智利安第斯山脈高處的一臺地面望遠鏡，觀測了來自宇宙早期的偏振微波信號，首次用地基設(shè)備揭開宇宙誕生后僅幾億年時的神秘面紗——這是天文學(xué)中一個極其關(guān)鍵但也最不為人知的時期，被稱為“宇宙黎明”。該成果發(fā)表在最新一期《天體物理學(xué)雜志》上，標志著科學(xué)家首次在地面上探測到原本被認為只能通過空間望遠鏡才能觀測到的微弱信號。

宇宙大爆炸發(fā)生后不久，宇宙中充滿了熾熱的等離子體，光無法自由傳播。隨著宇宙膨脹并逐漸冷卻，電子與質(zhì)子結(jié)合形成中性氫原子，光終于可以穿越空間。這些古老的光就是宇宙微波背景輻射，它是宇宙中最古老的可見光。

當?shù)谝慌阈窃谟钪嬲Q生數(shù)億年后形成時，它們釋放出強大的能量，再次電離了中性氫，使電子重新游離于宇宙之中。這種再電離過程改變了宇宙微波背景輻射的偏振狀態(tài)，留下了類似“指紋”的痕跡。

科學(xué)家正是通過測量這些微弱的偏振信號，來了解第一批恒星是如何影響宇宙早期環(huán)境的。

宇宙微波非常微弱，但其偏振信號強度卻僅為其百萬分之一。地面上的無線電干擾、大氣擾動、天氣變化等因素都可能掩蓋或扭曲這一信號。因此長期以來，這類觀測任務(wù)通常由太空中的衛(wèi)星執(zhí)行。然而，此次宇宙學(xué)大角度尺度探測器（CLASS）項目，使用了一種設(shè)計獨特的地基望遠鏡，在地面上實現(xiàn)了這一突破性的測量。

研究人員解釋說，偏振光就像陽光照射在汽車引擎蓋上產(chǎn)生的眩光，為了看得更清楚，需要戴上偏光眼鏡來消除眩光。他們這次發(fā)現(xiàn)的通用信號就像是一種宇宙級“眩光”，揭示了來自“宇宙黎明”時期的光是如何被散射的。他們將CLASS的數(shù)據(jù)與衛(wèi)星歷史數(shù)據(jù)進行了對比分析，從而識別出干擾源，縮小了“宇宙黎明”時期的共同信號范圍。

這項研究不僅幫助科學(xué)家更精確地定義宇宙微波背景輻射中的再電離信號，還為描繪早期宇宙提供了更加清晰的畫面。

總編輯圈點

本文的研究成果，曾被人們認為在地面上根本不可能完成。因為天文學(xué)是一個高度依賴技術(shù)的領(lǐng)域，而“宇宙黎明”時期的信號更是過于微弱，難以測量。對科學(xué)家來說，宇宙就像是一個巨大的物理實驗室，更精準的測量有助于加深人類對暗物質(zhì)和中微子的理解?，F(xiàn)在，測量達到了前所未有的精度，展示了地面觀測技術(shù)的巨大潛力，也為探索宇宙起源提供了新的工具和視角。