2007/06/07吳建宏｜中央研究院物理研究所 資料來源 :《科學發展》2007年，414期

當宇宙熱輻射從宇宙誕生約38萬年後的宇宙最後散射面出發，穿越星系間的大尺度結構來到現在的地球時，宇宙物質不均勻的分布會透過重力紅移效應，印記在宇宙微波背景輻射的溫度各向異性上。 微差微波射電儀記錄的宇宙微波背景輻射各向異性的結果，就是測量到宇宙物質大尺度結構在重力場上所引起的微小波動起伏，這些物質密度微小的起伏是宇宙大尺度結構和星系形成的起源。 因此，初期宇宙的物質分布大致均勻，僅有些微的起伏，星系、地球、人類之所以能出現、存在，就是這些小小的不均勻所造成的。物質密度較高的地方重力較強，會吸引其他能量朝此聚集，經過一百多億年，就會形成星球、星系。而物質密度低的地方，物質被吸走，成為星系之間的廣大太空。這個星系形成的起源，跟大霹靂理論所預測的結果相當吻合。

雨後春筍的望遠鏡

宇宙背景探索衛星探測宇宙微波背景輻射各向異性的結果，是研究初期宇宙的轉捩點，也促使宇宙微波背景輻射的理論研究和測量技術的發展進入黃金時期。微差微波射電儀的微波天線接收機，對著天空時的角解析度不是很高，大約只有7度，就是這樣把微波天空分割成好幾千個像素，來測量宇宙微波背景輻射的大尺度各向異性。 若要仔細觀測宇宙背景輻射的最後散射面，以獲得更多關於初期宇宙的訊息，得增加接收機的解析度，把微波天空分割成更多個像素。可是，個別實驗的觀測時程有限，像素的數目越多，每個像素被觀測的時間便減少了，以致儀器的雜訊干擾了原本的訊息，因此只好發展更精密、低雜訊的接收機。從宇宙背景探索衛星發射升空到現在，可說是歐美各國競相研發高精密、低雜訊接收機的戰國時代，確實帶動了整個微波測量技術的發展。 繼宇宙背景探索衛星之後，觀測宇宙微波背景輻射在小尺度的各向異性，如雨後春筍般蔚為風潮。由於宇宙背景探索衛星的任務非常成功，美國航空暨太空總署在2001年發射另外一枚叫魏金森微波各向異性探測器（Wilkinson Microwave Anisotropy Probe，簡稱WMAP）的科學衛星，專門觀測宇宙微波背景輻射在小尺度的各向異性。今年 3月魏金森微波各向異性探測科學團隊發表了首3年的觀測結果。

這個高解析度的宇宙微波背景輻射各向異性圖，可以讓我們清楚地看到，在宇宙誕生約38萬年後的宇宙最後散射面，它蘊藏著許多關於宇宙初始狀況的信息，科學家們可以據此精確地推算出宇宙的年齡、宇宙膨脹的速度、宇宙物質和暗物質的成分及密度等。 歐洲太空總署（ESA）也將於2007年發射一枚叫作普朗克（Planck）的科學衛星，觀測宇宙微波背景輻射在更細小尺度的各向異性。因此，宇宙學已進入一個新的紀元，其目標就是要更精確地測量上述的宇宙參數，來檢驗各別不同的宇宙理論模型，最後描繪出宇宙的真貌。

輸人不輸陣！臺灣參與現況

國內在10年前開始策劃宇宙微波背景輻射的研究觀測，當年中央研究院天文所魯國鏞所長（中央研究院院士，現為美國國家電波天文臺臺長）積極整合國內宇宙學領域的科學及技術人才，並且遊說國外專家共同參與研究宇宙微波背景輻射的計畫。 去（2006）年10月在夏威夷毛納洛峰正式舉行落成典禮的宇宙微波背景輻射陣列望遠鏡（AMiBA），就是由中央研究院和臺灣大學合作研製的，未來將觀測宇宙微波背景輻射穿越星系團所產生的溫度差異，探尋星系團的結構及宇宙的演化。 最後，筆者想指出，這些研究主要是為了探尋宇宙的起源，雖然對民眾生活沒有直接影響，但科學家為了追求大自然的奧祕與滿足好奇心，所研發出來的新技術和創造出來的新科學，日後必會對人類生活的進步有所幫助。