宇宙年龄的界定者温迪·劳雷·弗里德曼

冉浩

那颗星也许已经不在那了

温迪·劳雷·弗里德曼1957年7月17日生于加拿大安大略省多伦多，是医生和钢琴家的女儿。温迪的家境不错，童年也没有什么烦心事。父亲渊博的知识使她更早地接触了科学。

在她7岁那年，父亲带着她去看夜晚的星空，幽幽繁星诉说着宇宙的悠远。父亲指着一颗星告诉她，也许那颗星，现在已经不在那了。他告诉女儿，星光跨越空间传到这里，经过了遥远的距离，经历了漫长的时间，才进入人的眼睛。现在看到的星星，实际上是很多年以前的样子。这个说法相当新奇，也让温迪对宇宙有了深深的好奇。也许就是在那个时候，在她的心里埋下了自然科学的种子。

在她14岁那年，这颗种子萌发了，物理课堂激起了她对自然科学的兴趣。尽管她的高中班主任信誓旦旦地表示“女孩们不需要学这个”，但她不打算接受这个忠告。

于是，温迪进入了多伦多大学。最初，她的专业是生物物理学，但她最后还是选择了天文学。温迪在校的表现不错，1977年获得了学校的杰克逊奖，并在1979年获得了理学学士学位。毕业后，她继续在多伦多大学深造，并最终在1984年通过天文学和天体物理学的工作获得了理学博士学位。

紧接着，她就以博士后研究生的身份进入了美国加利福尼亚州帕萨迪纳的卡内基天文台。在那里，她最初的工作是测量河外星系的距离，并且评估附近星系中天体的数量，以便更好地理解它们的演化。也就是从这个时候开始，她渐入佳境，最后在天体观测方面获得了极高的成就。

加速膨胀的宇宙

温迪的观测最终涉及了宇宙的起源问题。从1929年哈勃观测到远方的星系存在红移现象，证明周围的星系在离我们远去开始，物理学家就放弃了宇宙不变论。我们都知道，当前对宇宙起源的普遍观点是它始于一场大爆炸，之后，宇宙便开始向外扩张。但是，这次大爆炸到底是多久之前发生的，或者说，我们的宇宙到底已经有多大年龄了？

除了对宇宙背景辐射的分析，包括温迪在内的许多天文学家还在观测极远的天体，通过比较这些天体的红移和它们的距离来测定宇宙的膨胀速度。知道了宇宙膨胀的速度，就可以计算出宇宙从一个中心点膨胀到当前的状态用了多少时间，也就获得了宇宙的年龄。但是，这需要一个标准参考，天文学家也形象地称之为“标准烛光”。

Ⅰa型超新星作为标准烛光再适合不过了。Ⅰa超新星发生的条件是比较苛刻的。一般，如果双星系统中的一个白矮星不断通过引力吞噬它的伴星中的物质，当它的质量累积到大约太阳质量的1.4倍时就会爆炸，这时候就产生了一颗超新星，也就是Ⅰa型超新星。它会极为明亮，即使隔着几十亿光年，依然能够被观察到。因为所有的Ⅰa型超新星都是在相同质量的时候爆炸，其亮度恒定，就成了很好的观测标尺。从20世纪80年代开始，一些自动化的搜寻装置就已经开始寻找这些罕见的标尺了。

后来，国际上出现了两个实力很强的团队展开这个领域的工作，一个是由美国劳伦斯伯克利国家实验室的普尔马特领导的“超新星宇宙学计划”团队，另一个是后来出现的由澳洲国立大学的施密特和太空望远镜科学中心的瑞斯领导的High-Z超新星团队。他们利用地面望远镜和1990年发射的哈勃空间望远镜寻找和搜集超新星。到了1997年，两个团队都获得了足够的数据，而他们

的结果显示，远方的超新星比预想的要暗，宇宙的膨胀可能不是在逐渐变慢，而是正在加速。1998年，成果被发布。天文学家特纳创造了“暗能量”这个词，用来代表推动宇宙加速膨胀的这股未知能量。1998年12月，美国著名的《科学》杂志将发现膨胀的宇宙评价为“年度重大突破”。而宇宙的膨胀速度到底有多快呢？该温迪了。

比想象的要年轻

在卡内基天文台，温迪和她的团队也在关注着超新星的变化，同样，她们的团队也使用哈勃空间望远镜，她以卓越的观测手段，积累了大量的数据。她们利用Tully-Fisher 关系、行星状星云法和表面亮度起伏法进行了独立运算，结果高度一致，获得了用来指征宇宙膨胀速度的哈勃常数的新结果：大约80千米/（秒·百万秒差距）。这个数值比之前桑德奇等人得出的45千米/（秒·百万秒差距）的值高了不少。

而一个较高的哈勃常数暗示着一个更年轻的宇宙年龄，如果按照温迪等人其中的一个结果——高达100千米/（秒·百万秒差距）——计算的话，宇宙的年龄只有70亿至100亿年，即使按照80千米/（秒·百萬秒差距）来计算，宇宙的年龄也只有80亿至120亿年。这个数据确实有点惊掉人的下巴……因为如果按照桑德奇等人差不多50千米/（秒·百万秒差距）的数据来计算，宇宙的年龄是150年至200亿年，足足差了将近一倍。

最初，温迪等人的数据被一些天文学家斥为荒谬，因为温迪计算的宇宙年龄甚至比球状星团那等古老的恒星系统的估计年龄还要短。这些星团被认为是在银河系中最先形成的天体，其年龄估计在130亿至170亿年。换句话说，你不能让宇宙的年龄比银河系还小吧？

但是，温迪并不这样想。她回应一些天文学家的观点时说，这些计算值所依据的球状星团理论模型并不完善，并且可能是以不准确的假定作为依据的。而且她认为，对球状星团元素组成和距离的观测误差可能造成不可靠的结果，而结果的可靠程度又很难判定。同时，温迪也承认，较大的哈勃常数与星系在太空中的分布和形成的标准理论存在冲突。或者说，要么她得出的哈勃常数有问题，要么，要对一些理论进行调整。为了获得更准确的哈勃常数，温迪还得继续努力。

接下来，温迪的团队借助另一台天文望远镜——斯皮策空间望远镜——进行观测。这也是一台大型轨道望远镜，是世界上第一台地球同步空间望远镜。与哈勃望远镜主要观测可见光不同，斯皮策望远镜主要关注天体红外波段。2012年，温迪团队宣布了哈勃常数的修正结果：74.3±2. 1千米/（秒·百万秒差距）。欧空局以宇宙微波背景辐射为研究对象的团队在2013年将这一数

据修正为67.80±0.77千米/（秒·百万秒差距）。看来，哈勃常数最终会锁定在70千米/（秒·百万秒差距）上下了。依此推算，宇宙的年龄大约在130亿年上下，目前比较常用的说法是13.2亿年。

更大，更清楚

为了获得更好的结果，需要更强大的望远镜。温迪发起了大麦哲伦望远镜（GMT）项目，在2 003年至2015年担任GMT项目委员会主席期间为GMT项目奔走呼号、筹集资金。

为了避开城市造成的光污染，GMT最终选址在南半球智利的拉斯坎帕纳斯天文台。GMT将由7个直径8.4米的主镜镜片构成，其中一个居中，其余的环绕在周围，整体直径将达25.6米，高达4 3米，整个大小与美国的自由女神像差不多。其外层还将加装一个22层、大约60米的保护壳，同时具有巨大的天窗。整个望远镜将建造在一个巨大的可旋转底座上，以便它能根据需要指向特定的方向。这是一个极大望远镜，也将会是迄今最大的光学望远镜，其分辨率将是哈勃望远镜的10倍，人眼的2000倍。

目前，GMT项目已经将选址的山顶平整，并开始铸造镜片，而且已经完成了一些，预计在2020年完成建造。不过在彻底完成之前，GMT就能以4镜片的状态开始工作了。将来，期待温迪能取得更多、更好的成果。