太阳系的移动速度竟比预想的快3倍？这一发现或将影响宇宙模型

周一 · 知古通今 | 周二 · 牧夫专栏

周三 · 风月同天 | 周四 · 观测指南

周五 · 深空探测 | 周六 · 茶余星话 | 周日 · 太空探索

主译：余路汉

校对：清水明澄

审核：牧夫天文校对组

美编：张少岩

后台：王启儒

推测上太阳系以370km/s的速度移动是以宇宙背景为参照物的。这一计算速度的根据之一是“宇宙原理”——该原理认为宇宙中不存在特殊位置，即使在小尺度上存在不均匀性，但从宏观角度来看依然是均匀的。

比勒费尔德大学卢卡斯·伯梅（Lukas Böhme）等人的研究团队，通过统计遥远宇宙中“射电星系”数量，他们提出估算下太阳系的移动速度可能约为1360km/s，这一数值是以往预估的3倍以上。

这项研究结果不只停留在字面上的“太阳系的移动速度可能比传统预估快3倍以上”，更暗示了我们可能有必要修正整个宇宙的宇宙模型。

01

太阳系的移动速度是多少？

我们居住的太阳系，在宇宙中的移动速度究竟是多少？要想回答这个问题，首先必须明确以什么为参照物。

直观上最容易理解的，是以遥远的宇宙背景为参照的移动速度，其原理与地球上测算运动物体速度的逻辑颇为相似。

而对于宇宙中运动的物体而言，核心的参照基准是起源于极其遥远的宇宙、从所有方向到达的地球的最初之光——“宇宙微波背景辐射”。基于这一基准，太阳系的移动速度则被估算为约370km/s（369.82±0.11km/s）。

那么，这个“约370km/s”的速度是如何得出的呢？宇宙微波背景辐射指的是从宇宙的所有方向而来，并且观测到的都是几乎相同波长的光（※1）。这一性质与当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匀性，但从大尺度来看仍然是均匀的”这一观点。

※1…若进行精密观测，虽然能够观测到波长存在细微差异的不均匀性，但这属于局部且微小的差异，与宏观上的均匀性并不矛盾。

▲图1：如果太阳系没有移动，宇宙微波背景辐射理论上应该是近乎均匀的。然而实际测量发现，宇宙两个半球的背景辐射波长存在差异。这种差异被认为是由太阳系的运动引起的（图源: NASA）

然而，对宇宙微波背景辐射进行精密观测时，会发现宇宙从一半传来的光比另一半的光波长稍短。

"宇宙的一半"这个尺度过于宏大，若存在这样的差异则违背了宇宙原理。因此天文学家认为，这种差异并非源于宇宙原理的错误，而是由于太阳系自身的运动影响了宇宙微波背景辐射的波长。

虽然太阳系的运动能影响宇宙光线的说法听起来颇为夸大，但其原理与日常生活中经历的现象相同。比如听到救护车警笛时，靠近时听到的声音会比远离时听到的音调更高——这是由于声源（救护车）的运动改变了声波波长所产生的，即"多普勒效应"。光与声同属波，同样遵循多普勒效应。

于是在多普勒效应的叠加上，再次测量宇宙微波背景辐射波长的变化程度，即可反推出太阳系的移动速度。经过精密测量，天文学家计算出太阳系相对宇宙微波背景辐射的移动速度约为370km/s。以宇宙原理为基础的现行宇宙模型，也是在修正太阳系运动造成的观测偏差后构建而成的。

02

太阳系的移动速度在3倍以上？

比勒费尔德大学的卢卡斯·伯梅（Lukas Böhme）研究团队发表了一项质疑这个约370km/s数值的研究成果。伯梅团队本次的研究对象，是遥远宇宙中众多的“射电星系”。顾名思义，射电星系是指发出强烈射电波的星系。

这里让我们暂时回归宇宙原理的讨论。根据宇宙原理，星系的数量和分布不应存在偏差，因此无论观测宇宙的哪个方向，在相同面积的天空中理应能观测到大致相同数量的星系。

严格来说，要观测星系，需要（身处地球的）观测者捕捉到来自星系的光。一旦光被尘埃、气体等吸收，原本应该存在的星系则难以观测，也就不会被计入数量了。

另一方面，射电波具有相较于其他波长光线更不易被尘埃和气体遮挡的特性。因此可以认为，发射强烈射电波的射电星系相比其他波段的观测，漏计数量会更少。

不过，这种射电星系的观测数量也会受到太阳系移动速度的影响。观测太阳系前进方向的天空，与观测远离方向的天空相比，射电星系的数量会看起来略微更多。这类似于在雨中行驶的车内观察雨滴时，前进方向侧比远离方向侧更容易观察到雨滴。

这种从外观上产生的电波星系数量差异极其微小，因此必须进行高灵敏度的观测。此外，一个电波星系中可能存在多个电波源，有时会让人误以为是多个电波星系。

▲图2：设置在荷兰埃克斯洛尔郊区LOFAR（低频阵列射电望远镜）的核心部分。（图源: LOFAR & ASTRON）

伯梅团队通过分析多个射电望远镜的观测数据，精确统计了射电星系的数量。其中作为主要分析对象的是遍布欧洲各地的射电望远镜群“LOFAR”的观测数据。针对将单个射电星系误判为多个的问题，研究团队通过比对不同观测数据并运用统计学方法进行了处理。

分析结果显示，观测到的射电星系数量偏差远超当前宇宙模型的预测值（※2）。该偏差达到3.67±0.49倍。换言之，若太阳系正以约1360km/s的速度移动——即比先前估算快3倍以上——便能合理解释这一偏差。

※2：该结果的显著性达到5.4σ，已超过天文学界“有效发现”的5σ阈值标准。

03

修正宇宙模型的必要性？

出现当前3倍速的巨大偏差，其影响远不止于改写太阳系的“性能参数”。因为现行宇宙模型的相关研究，都以太阳系移动速度约370km/s为前提对观测结果进行校正，并以此构建理论、与观测数据相互验证和校准。若将太阳系移动速度修正为约1360km/s，观测结果的校正将发生重大变化，这可能会对宇宙模型本身产生影响。

另一种可能是，“太阳系移动速度比传统估计快3倍以上”这个结论本身存在错误。本次研究基于“射电星系分布均匀”的假设推算速度，倘若其分布本身就不均匀且实际存在偏差，便可能导致此类误判。但这种情况同样违背了“大尺度宇宙是均匀的”这一宇宙原理，因此仍然需要对宇宙模型进行修正。

本次研究基于海量观测数据分析得出结果，因此尚不能完全排除分析方法本身存在重大错误的可能性，未来研究也必然会对这一环节加以验证。若该结论能通过后续第三方检验，我们当前使用的宇宙模型将或多或少需要作出调整。

一句话点评：

太阳系的移动速度可能快了三倍的“疾驰感”固然惊人，但更值得关注的是这种变化所带来的更深层次的影响。（笔者）

责任编辑：甘林

牧夫新媒体编辑部

『天文湿刻』 牧夫出品

微信公众号：astronomycn

澳大利亚上空的仙女座与红色精灵
影像提供与版权: JJ Rao

谢谢阅读