文章專區

Take Home Message
• 暗能量主導宇宙加速膨脹的現象，為了研究暗能量並了解宇宙膨脹的歷史，暗能量光譜儀（DESI）因而誕生。
• DESI 具有強大的觀測和分析能力，同時可觀數千個星系，並以極高的效率產出高品質的天體光譜。
• DESI 預計觀測數千萬個遙遠星系和銀河系內的恆星，推進我們對暗能量的理解，並藉由測量恆星運動重建銀河系過去的演化歷史。

天文圈有句俗話是這麼說的：
If a picture is worth a thousand words,then a spectrum is worth a thousand pictures.
如果一圖勝千言，那一個光譜就勝過一千張圖片。

在天文學上，光譜（spectrum）是指在不同波長發出的光強度，透過天體的光譜與理論模型的配合，幫助天文學家推算出天體的溫度、運動速度、表面重力強度、表面密度、距離、質量、金屬含量等非常豐富的資訊。因此只要條件允許，天文學家總會設法取得天體的光譜，探索那些照片中看不到的細節。

而有一群想找出更多未知細節的天文學家，此時此刻正聚集在美國基特峰國家天文台（Kitt Peak National Observatory），如火如荼地進行世界最大的星系光譜觀測計畫：「暗能量光譜儀」（Dark Energy Spectroscopic Instrument, DESI）。

光譜巡天：探索暗能量之謎

暗能量（dark energy）是當代物理最大謎團之一。一般認為暗能量均勻遍布於整個宇宙，占宇宙質能密度的70％，而且正主導宇宙加速膨脹的現象。但除此之外，物理學家對它幾乎一無所知。

為解開暗能量之謎，理論宇宙學家多年來提出了琳琅滿目的理論模型，嘗試解釋暗能量的來源與它對宇宙膨脹的影響；而觀測宇宙學家則打造出愈來愈強大的望遠鏡，期望藉由觀測宇宙的星系等天體回推暗能量性質，並檢驗理論的正確性。

為了利用星系觀測回推暗能量的性質，精準地從星系光譜測量它的紅移（redshift）是至關重要的一環。紅移是指星系發出的光因為宇宙膨脹而變長的現象，並與星系的距離高度相關，紅移愈大、距離就愈遠。因此拍攝這類遙遠星系的光譜可以讓宇宙學家了解該星系在三維空間中的位置，就像在測繪宇宙的三維地圖一樣。於是，宇宙學家便利用複雜的宇宙學模型和統計方法分析大量星系的座標和紅移，了解宇宙膨脹的歷史，從而研究暗能量的性質。

測量一個星系的紅移並不困難，然而若要持續推進我們對暗能量理解，需要的是千萬個星系的紅移。如何有效率地觀測這麼多星系的光譜，對觀測宇宙學家是個巨大的挑戰。而DESI，正是為此而生（圖一）。……【更多內容請閱讀科學月刊第639期】

圖一／美國基特峰（Kitt Peak）上眾多的天文臺。圖中中間偏右的圓頂下即是DESI 使用的望遠鏡。