宇宙诞生于138亿前,在诞生的最初时刻,宇宙经历了几次特别重要的演化,这片文章将带领大家了解这几次演化,了解早期的宇宙。

宇宙微波背景辐射

遥望深邃的宇宙,现在我们能看到最古老的光是来自大爆炸38万年之后所发出的光,从大爆炸38万年到如今,这种光的波长随着宇宙的膨胀已被拉至微波波段,现在天文学家称这一缕光为:宇宙微波背景辐射

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宇宙微波背景辐射功率谱

宇宙微波背景辐射我们肉眼无法看到,只能借助射电望远镜去观测,不过若是有像三体影视中王淼戴的那副眼镜的话,你将会看到这种遗迹,那是遍布于宇宙各个角落的创世余晖,这种余晖,我们是于1965年发现,当时是被贝尔实验室的彭齐亚斯和威尔逊所发现。

发现宇宙微波背景辐射的接收器

宇宙微波背景辐射来自大爆炸38万年之后,这是为何?为何不是刚开始呢?

最后的散射面

宇宙在刚刚诞生之时啊,温度、能量特别的高,以至于电子和质子都是处于游离状态,也就是等离子状态,所以这个时候的宇宙就像一锅浓浓的等离子汤,光子在这种环境中无法长程传播的,因为它会不断的被碰撞,就像太阳内部此时的情形一样。

那么随着宇宙的暴胀,温度逐渐的降低,直到降至质子和电子可以结合形成中性的原子,也就是最简单的氢原子时,光子便自由了,这时它就可以脱离这个囚禁的牢笼,成为创世后的第一缕光--宇宙微波背景辐射,那么温度降至可以让质子电子结合的时间,差不多就是大爆炸的38万年后。

所以,宇宙微波背景辐射是来自大爆炸的38万年后,而光子最初可以自由传播的那个阶段,天文学家称之为最后的散射面,宇宙微波背景辐射是从这里开始的。

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黑暗时代

最后散射面之后啊,宇宙虽然变的透明,但却又出现了另一个特殊的阶段--黑暗时代,这个阶段是一个没有光(可见光)的时期。

什么是黑暗时代呢?

如前文所述,在宇宙38万岁的时候,质子和电子结合,那么这时候宇宙中的物质,基本都是中性的氢原子,当然这里说的物质是除了暗物质外的。

散射面之后的宇宙没有任何天体,只有弥漫在整个宇宙的氢原子,还有一些少量的氦和锂。所以,这个时候宇宙除了CMB光子,也就是微波背景辐射光子之外,再无其它光。

那么随着宇宙的进一步膨胀,大概从散射面后再过几百万年,CMB光子的波长也从可见光变为了红外光,至此,宇宙再无可见光,成为了漆黑一片,史称黑暗时代。

再电离时期

黑暗时代持续的时间大约是1亿年,在这1亿年的时间里,宇宙被无尽的黑暗笼罩看不到一丝的光,直到第一批恒星的诞生,宇宙才重新出现光亮,至此迎来了黎明

黎明时期宇宙演化很激烈,它不断产生新的恒星,也不断的有恒星爆发,各个角落都是如此,最终呢,如此激烈的成长再次把充斥在宇宙中的中性氢原子电离,宇宙的演化进入了另一个时期--再电离时期,这时的宇宙大约10亿岁。

之后宇宙的演化再无其它大的变化,和我们现在看到的宇宙几乎无异。

这便是宇宙最为重要的几个演化阶段,每个阶段都有不同的意义。

比如:黑暗时代,宇宙创造了生命的光,也就是,宇宙在这个时期把这些微小的中性原子一步步聚合形成了恒星、星系,这关乎着最终生命的形成。

那们要如何去探测这些时期呢?

目前,天文学家21厘米谱线去探测早期宇宙的演化。

21厘米谱线

前文我们曾提到,大爆炸38万年的时候,质子和电子结合形成中性的氢原子。

氢原子呢,它偶尔会发射和吸收一定波长的光子,根据量子理论,这个光子的波长是为21厘米、频率是为1420 兆HZ,这个便是21厘米谱线,也就是氢谱线。

氢谱线很微弱,并且随着宇宙的膨胀它也会被拉伸。

从黑暗时代开始的氢谱线,其波长现在大概已被拉至6.5米,从黎明时期开始的谱线,波长大约已到1.5至6.5米,所以探测不同时期的演化,天文学家会寻找不同波长的氢谱线。

目前,包括我国在内全球十几个国家正在建立一个庞大的射电望远镜,平方公里阵列望远镜-SKA

这个阵列望远镜将会帮助天文学家寻找这些来自早期宇宙的21厘米谱线,从而了解宇宙早期的演化、了解黑暗时代的事情、了解第一批恒星的形成,这些最为基础的问题。

我是腾宝,一个热爱天文的科普创作者,还希望大家多多关注与支持。

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