太陽系的移動速度竟比預想的快3倍？這一發現或將影響宇宙模型

周一 · 知古通今 | 周二 · 牧夫專欄

周三 · 風月同天 | 周四 · 觀測指南

周五 · 深空探測 | 周六 · 茶余星話 | 周日 · 太空探索

主譯：余路漢

校對：清水明澄

審核：牧夫天文校對組

美編：張少巖

后臺：王啟儒

推測上太陽系以370km/s的速度移動是以宇宙背景為參照物的。這一計算速度的根據之一是“宇宙原理”——該原理認為宇宙中不存在特殊位置，即使在小尺度上存在不均勻性，但從宏觀角度來看依然是均勻的。

比勒費爾德大學盧卡斯·伯梅（Lukas B?hme）等人的研究團隊，通過統計遙遠宇宙中“射電星系”數量，他們提出估算下太陽系的移動速度可能約為1360km/s，這一數值是以往預估的3倍以上。

這項研究結果不只停留在字面上的“太陽系的移動速度可能比傳統預估快3倍以上”，更暗示了我們可能有必要修正整個宇宙的宇宙模型。

01

太陽系的移動速度是多少？

我們居住的太陽系，在宇宙中的移動速度究竟是多少？要想回答這個問題，首先必須明確以什么為參照物。

直觀上最容易理解的，是以遙遠的宇宙背景為參照的移動速度，其原理與地球上測算運動物體速度的邏輯頗為相似。

而對于宇宙中運動的物體而言，核心的參照基準是起源于極其遙遠的宇宙、從所有方向到達的地球的最初之光——“宇宙微波背景輻射”。基于這一基準，太陽系的移動速度則被估算為約370km/s（369.82±0.11km/s）。

那么，這個“約370km/s”的速度是如何得出的呢？宇宙微波背景輻射指的是從宇宙的所有方向而來，并且觀測到的都是幾乎相同波長的光（※1）。這一性質與當前宇宙模型的重要前提“宇宙原理”并不矛盾。宇宙原理是指“宇宙中不存在特殊的位置，即使在小尺度上存在不均勻性，但從大尺度來看仍然是均勻的”這一觀點。

※1…若進行精密觀測，雖然能夠觀測到波長存在細微差異的不均勻性，但這屬于局部且微小的差異，與宏觀上的均勻性并不矛盾。

▲圖1：如果太陽系沒有移動，宇宙微波背景輻射理論上應該是近乎均勻的。然而實際測量發現，宇宙兩個半球的背景輻射波長存在差異。這種差異被認為是由太陽系的運動引起的（圖源: NASA）

然而，對宇宙微波背景輻射進行精密觀測時，會發現宇宙從一半傳來的光比另一半的光波長稍短。

"宇宙的一半"這個尺度過于宏大，若存在這樣的差異則違背了宇宙原理。因此天文學家認為，這種差異并非源于宇宙原理的錯誤，而是由于太陽系自身的運動影響了宇宙微波背景輻射的波長。

雖然太陽系的運動能影響宇宙光線的說法聽起來頗為夸大，但其原理與日常生活中經歷的現象相同。比如聽到救護車警笛時，靠近時聽到的聲音會比遠離時聽到的音調更高——這是由于聲源（救護車）的運動改變了聲波波長所產生的，即"多普勒效應"。光與聲同屬波，同樣遵循多普勒效應。

于是在多普勒效應的疊加上，再次測量宇宙微波背景輻射波長的變化程度，即可反推出太陽系的移動速度。經過精密測量，天文學家計算出太陽系相對宇宙微波背景輻射的移動速度約為370km/s。以宇宙原理為基礎的現行宇宙模型，也是在修正太陽系運動造成的觀測偏差后構建而成的。

02

太陽系的移動速度在3倍以上？

比勒費爾德大學的盧卡斯·伯梅（Lukas B?hme）研究團隊發表了一項質疑這個約370km/s數值的研究成果。伯梅團隊本次的研究對象，是遙遠宇宙中眾多的“射電星系”。顧名思義，射電星系是指發出強烈射電波的星系。

這里讓我們暫時回歸宇宙原理的討論。根據宇宙原理，星系的數量和分布不應存在偏差，因此無論觀測宇宙的哪個方向，在相同面積的天空中理應能觀測到大致相同數量的星系。

嚴格來說，要觀測星系，需要（身處地球的）觀測者捕捉到來自星系的光。一旦光被塵埃、氣體等吸收，原本應該存在的星系則難以觀測，也就不會被計入數量了。

另一方面，射電波具有相較于其他波長光線更不易被塵埃和氣體遮擋的特性。因此可以認為，發射強烈射電波的射電星系相比其他波段的觀測，漏計數量會更少。

不過，這種射電星系的觀測數量也會受到太陽系移動速度的影響。觀測太陽系前進方向的天空，與觀測遠離方向的天空相比，射電星系的數量會看起來略微更多。這類似于在雨中行駛的車內觀察雨滴時，前進方向側比遠離方向側更容易觀察到雨滴。

這種從外觀上產生的電波星系數量差異極其微小，因此必須進行高靈敏度的觀測。此外，一個電波星系中可能存在多個電波源，有時會讓人誤以為是多個電波星系。

▲圖2：設置在荷蘭埃克斯洛爾郊區LOFAR（低頻陣列射電望遠鏡）的核心部分。（圖源: LOFAR & ASTRON）

伯梅團隊通過分析多個射電望遠鏡的觀測數據，精確統計了射電星系的數量。其中作為主要分析對象的是遍布歐洲各地的射電望遠鏡群“LOFAR”的觀測數據。針對將單個射電星系誤判為多個的問題，研究團隊通過比對不同觀測數據并運用統計學方法進行了處理。

分析結果顯示，觀測到的射電星系數量偏差遠超當前宇宙模型的預測值（※2）。該偏差達到3.67±0.49倍。換言之，若太陽系正以約1360km/s的速度移動——即比先前估算快3倍以上——便能合理解釋這一偏差。

※2：該結果的顯著性達到5.4σ，已超過天文學界“有效發現”的5σ閾值標準。

03

修正宇宙模型的必要性？

出現當前3倍速的巨大偏差，其影響遠不止于改寫太陽系的“性能參數”。因為現行宇宙模型的相關研究，都以太陽系移動速度約370km/s為前提對觀測結果進行校正，并以此構建理論、與觀測數據相互驗證和校準。若將太陽系移動速度修正為約1360km/s，觀測結果的校正將發生重大變化，這可能會對宇宙模型本身產生影響。

另一種可能是，“太陽系移動速度比傳統估計快3倍以上”這個結論本身存在錯誤。本次研究基于“射電星系分布均勻”的假設推算速度，倘若其分布本身就不均勻且實際存在偏差，便可能導致此類誤判。但這種情況同樣違背了“大尺度宇宙是均勻的”這一宇宙原理，因此仍然需要對宇宙模型進行修正。

本次研究基于海量觀測數據分析得出結果，因此尚不能完全排除分析方法本身存在重大錯誤的可能性，未來研究也必然會對這一環節加以驗證。若該結論能通過后續第三方檢驗，我們當前使用的宇宙模型將或多或少需要作出調整。

一句話點評：

太陽系的移動速度可能快了三倍的“疾馳感”固然驚人，但更值得關注的是這種變化所帶來的更深層次的影響。（筆者）

責任編輯：甘林

牧夫新媒體編輯部

『天文濕刻』 牧夫出品

微信公眾號：astronomycn

澳大利亞上空的仙女座與紅色精靈
影像提供與版權: JJ Rao

謝謝閱讀