各行各業都有自己的一套方法論，天文學家也有自己的一套方法論，他們有個特點，那就是特別喜歡用“模型”，這是因為能夠獲得數據很少，湊模型才能解決很多問題。但並不是說，天文學家就沒有其他的辦法，他們其實現在人手一份武功秘籍，這就是

你可能看不出什麼門道來，但是對於天文學家來說，這本武功秘籍越是精確，他們能得到的信息就越多，越精準。更讓人感到不可思議的是，他們可以從這張圖中讀到許多宇宙過去100多億年的歷史，以及900多億光年直徑的可觀測宇宙空間內發生的事情。

那具體是咋回事呢？我們今天就來好好地聊一聊：

發現宇宙微波背景輻射

1964~1965年，美國的貝爾實驗室的無線電工程師彭齊亞斯和威爾遜發現了一個遍佈全天的背景噪音，無論如何想辦法去消除這個噪音都沒有辦法。後來，他們和天文學家們進行一系列的討論之後，才瞭解到他們找到了一個宇宙大爆炸的證據：宇宙微波背景輻射。

阿諾·彭齊亞斯和羅伯特·威爾遜測量溫度約為3 K。羅伯特·迪克，P.J.E.皮布爾斯，P.G.Roll及威爾金森解釋這種輻射是大爆炸的印記。具體來說，我們可以這麼理解，宇宙誕生與一個炙熱的開端，我們管這個開端叫做：奇點。

奇點有三個特點：溫度無限高，體積無限小，空間曲率無限大。

宇宙大爆炸發生之後，宇宙的空間一開始出現了指數級的膨脹，後來慢慢減速膨脹。整個過程溫度都在下降。

當宇宙大爆炸之後的第38萬年起，宇宙大爆炸時的餘熱就以電磁波形式在宇宙中傳播開來，也就是宇宙微波背景輻射了。

宇宙微波背景輻射的特點

宇宙微波背景輻射之所以能夠起到很大的作用，主要是因為三方面的原因，分別是信息量大，看得遠以及能回溯過去。而信息量大主要體現在，它是信息的背景，說白了就是宇宙微波背景輻射是穿過了各種天體和宇宙空間才來到地球，被我們觀測到，因此，它自身承載了各種天體和宇宙空間的狀態變化，這些信息都隱含在宇宙微波背景輻射當中，因此說它信息量大一點都不為過。

根據現在對於宇宙微波背景輻射的觀測和研究來看，科學家發現，

它的紅移量大概在1100上下。

具體啥意思呢？首先，我們要搞懂紅移是幹嘛的？紅移是說，

電磁輻射因為某種原因，波長增加，頻率降低，也就是光譜朝著紅端移動一段距離。

我們觀測天體，說白了是通過電磁波，但是如果空間發生膨脹，電磁波就會把拉伸。看上去，就好像遠離我們一樣，這其實就是宇宙微波背景輻射的紅移。下圖中，上半部分就是紅移。

宇宙微波背景輻射在光譜上的波長往紅端方向移動了1100倍左右，我們可以對其進行距離上的換算，這個距離大概就有450億光年以上。也就是說，宇宙微波背景輻射為我們提供了半徑為450億光年以上的觀測範圍，所以，我們才能看得遠。

除此之外，按照宇宙大爆炸模型，宇宙微波背景輻射其實是宇宙大爆炸時的餘熱。

在宇宙打爆之後的38萬年後，就開始在宇宙中傳播，可以說這是我們能夠觀測到的古老的電磁波了，我們可以從宇宙微波背景輻射當中獲取到宇宙早期的情況，所以才說能回溯過去。

宇宙微波背景輻射有什麼用？

早期觀測的宇宙微波背景輻射的圖像是特別粗糙的，從中很難得到精確的信息，信息密度也不夠高。後來，科學家想盡更重辦法去提供整個觀測精度，得到了更好的宇宙微波背景輻射的圖像。

其中在1989年發射的COBE衛星，就大幅度提升了人類對於宇宙的認識。COBE衛星獲得到的宇宙微波背景輻射並不是均勻的，而是存在10萬分之一的微小起伏，那這有什麼意義呢？

這一點微小的起伏其實代表著宇宙不同地方的物質密度是不一樣的，同時也預示著這點微小的差異在宇宙未來的演化過程中對應著形成各種各樣不同的結構，這個不同的結構其實就是恆星和星系。也就是說，星系和恆星其實就是來自於物質密度的微小差異。

如果宇宙初期是絕對的、完美的平均，那麼所有的物質都會處於一種平衡狀態，也就沒有辦法聚集在一起形成星系或者恆星了。

後來，2009年歐洲航天局發射了普朗克太陽望遠鏡，科學家想獲得更加精確的宇宙微波背景輻射圖象，所以普朗克望遠鏡是跑到地球軌道上，繞著太陽運動，這樣就不會受到地球的干擾。它距離地球的距離是月球距離地球距離的4倍。普朗克衛星後來進行了長達5年的持續觀測，得到了目前為止最精密的宇宙微波背景輻射的資料。

這些資料要遠比COBE衛星發回來的還要精準得多得多，精確度高出一個數量級，很多細節部分得到了補充。通過普朗克衛星發回的宇宙微波背景輻射，我們得到許多目前天文學最新的數據，我們可以簡單羅列一下：

• 宇宙的年齡從137億年變更為138億年。（更精確的說法是137.99±0.21億年）
• 哈勃常數測定為67.15 km/s/Mpc，哈勃常數有什麼用，我們下文具體介紹。
• 宇宙的物質組成如下：（這裡強調一下，其實這是觀測結合了理論進行計算得到的，並不是直接觀測出來的。）

其他參數都好理解，但哈勃常數就比較複雜了，哈勃常數原本是描述星系紅移的速率。但在這裡其實和宇宙的密度，科學家假定宇宙是平坦的，意思是宇宙不彎曲。事實上，普朗克衛星觀測的結果也確實是這樣，在千分之六的精度上是平坦的。於是，我們可以得到一個宇宙密度公式，這當中的未知參數是哈勃常數，帶入就可以知道如今的宇宙密度。有了如今的宇宙密度，再和宇宙的臨界密度做比值，就可以得到一個參數Ω。

根據Ω具體的取值，我們可以知道宇宙的形狀。

同時，它還對應了宇宙的未來。

因此，宇宙微波背景輻射本質上是一個可以告訴科學家宇宙各種參數的“武功秘籍”，它讓科學家知道宇宙的過去，現在和未來。