史上最大的宇宙3D地圖公布,揭示宇宙缺失的110億年歷史 | 科學GIF

2021-01-16 環球科學




1998年,兩支天文學團隊分別發現宇宙在加速膨脹的證據,這一發現說明有一種未知的力在推動宇宙膨脹,這就是神秘的暗能量。就在同一年,一項影響深遠的天文學國際合作項目正式啟動。在此後的20多年間,這個名為斯隆數字巡天(SDSS)的項目記錄了大量星系的方位及距離,為我們繪製了前所未有的宇宙地圖,不斷加深我們對於宇宙演化的認知。


就在最近,作為SDSS項目的一部分,拓展重子振蕩光譜巡天(eBOSS)項目又取得了新進展。在超過20篇論文中,eBOSS團隊公布了迄今為止最大的宇宙3D地圖,這張地圖也為我們揭開了宇宙演化過程中一段缺失的歷史。



在此前的大量研究中,通過宇宙微波背景輻射以及對元素相對含量的研究,我們了解到在138億年前的大爆炸之後,嬰兒期宇宙歷史;而對相對近距離的星系的觀測,也讓我們認識到宇宙最近數十億年的演化歷程。但對於宇宙中間的110億年歷史,我們的認識一直存在空缺。


在這些最新研究中,eBOSS項目成員對超過200萬個星系和類星體進行了測量,從而繪製出這缺失的110億年的宇宙地圖。為了追溯不同年代的天體,eBOSS團隊選擇了不同的觀測目標:例如對於60億年前的宇宙,他們通過較大的亮紅星系進行觀測;對於更遠的宇宙,他們選擇的是更年輕的藍星系;而對於超過100億年前的遙遠宇宙,其觀測對象是有著超高亮度的類星體。



自SDSS項目啟動以來,已經進行了4期觀測。從早期對較近星系的觀測,到對亮紅星系、發射線星系,再到對遙遠類星體的研究,這種宇宙地圖的內容不斷豐富。上圖分別為項目不同階段,基於不同天體得到的宇宙地圖。



這幅全新的宇宙地圖,也為天文學家認識宇宙提供了全新的窗口。eBOSS的研究指出,大約60億年前,宇宙膨脹開始加速,並持續加速膨脹至今。而eBOSS的最新數據,也為哈勃常數以及宇宙的曲率提供了更精確的限定。目前,關於哈勃常數,即宇宙膨脹的速率,始終存在著針鋒相對的觀點:通過SDSS項目宇宙微波背景輻射中的重子聲波振蕩測量的結果是67.8 km/s/Mpc,而通過IA型超新星與造父變星這樣的「標準光源」,算出的哈勃常數為74 km/s/Mpc。最新的數據再次支持了通過宇宙微波背景輻射得到的結果。此外,最新數據也支持了宇宙曲率為0,即宇宙是平坦的。




尖尾雨燕是一種飛行速度極快的鳥類,它的飛行速度最快能達到350千米每小時,可以媲美高鐵的速度。由於具有高超的飛行技巧,尖尾雨燕可以在空中完成吃飯、睡覺,甚至是配對。最近,在一項發表於《科學·機器人》的研究中,新加坡國立大學的科學家Yao-Wei Chin帶領的研究團隊,研發了一款模仿尖尾雨燕的撲翼飛行機器人。


此前撲翼飛行器一直存在一個弊端:由於推力較低,自身控制有限,這類飛行器一直無法實現良好的減速飛行。這次研究人員設計出這款撲翼飛行機器人具有X型的飛行翼,機身長20釐米,質量僅有26克。雖然最後的成品看上去更像是一隻大型飛蛾,但是他們還是更看重這款飛行機器人是否具有類似尖尾雨燕的飛行特技,能實現空中懸停、快速飛行、轉彎和平穩下潛等功能。



為了實現懸停,飛行機器人首先需要提高推力。這款飛行機器人攜帶一種低損耗的抗旋轉傳動裝置,可將拍打機翼輸出的推力達到最大化,驅動質量接近40克的物體(遠超過了其質量)。在飛行時,它靈活的翅膀能改變撲翼的速度和角度,尾部能起到很好的平衡作用,其速度最高能達到8米每秒,下沉速度達到11米每秒。而在轉彎過程時,它能以32毫米半徑劃圓,並以最大減速度31.4米每秒平方進行減速。而在這些過程中,它如果出現了90度翻轉後,仍會繼續保持平穩滑行。



雖然視頻中的飛行沒有文字描述的那麼穩(雖然有點搖晃,但莫名覺得可愛),但它實現了很多飛行技術上的提升。那相比於常見的螺旋槳驅動飛行器,它還具有優勢嗎?研究人員發現撲翼飛行機器人會更加靈活,例如,在一些密閉的農業生產環境中,它能避開生長的植物,但螺旋槳驅動飛行器可能會直接穿過甚至損傷植物。此外,在產生相同的推力下,它消耗的電能減少了40%。但在和它的模仿對象自然界的尖尾雨燕相比,研究人員也不得不承認道:「我們最多複製了這種生物10%的飛行能力。」



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