新视野号航天器的测量揭示了宇宙的黑暗

深空到底有多暗?天文学家可能终于解答了这个长期存在的问题，他们利用美国宇航局新视野号太空飞船的能力和遥远的位置，对宇宙产生的光总量进行了迄今为止最精确、最直接的测量。

新视野号发射已超过18年，对冥王星进行历史性探索已超过9年，现在它距离地球超过54亿英里(73亿公里)，位于太阳系中距离太阳足够远的区域，可以为现有望远镜提供最黑暗的天空，同时也为测量遥远宇宙的整体亮度提供了一个独特的有利位置。

“如果你在深空中举起你的手，宇宙会照射到你的手上多少光?”马克·波斯特曼问道。他是巴尔的摩太空望远镜科学研究所的天文学家，也是这项研究的新论文的主要作者，该论文于8月28日发表在《天体物理学杂志》上。

“我们现在对宇宙的黑暗程度有了很好的认识。结果表明，我们从宇宙接收到的绝大多数可见光都是在星系中产生的。重要的是，我们还发现没有证据表明天文学家目前未知的光源产生了大量的光。”

这一发现解决了自20世纪60年代以来一直困扰科学家们的一个谜题，当时天文学家阿诺·彭齐亚斯和罗伯特·威尔逊发现宇宙中充满了强烈的微波辐射，而这种辐射曾被预测为宇宙诞生时遗留下来的。

这一结果使他们获得了诺贝尔奖。随后，天文学家还发现了X射线、伽马射线和红外辐射背景充斥天空的证据。

在美国宇航局的哈勃太空望远镜和詹姆斯韦伯太空望远镜能够直接看到暗淡的背景星系之前，探测“普通”(或可见)光的背景——更正式的名称是宇宙光学背景，或COB——提供了一种方法来统计宇宙生命周期内星系产生的所有光。

在哈勃和詹姆斯·韦伯望远镜时代，天文学家测量COB是为了探测可能来自这些已知星系以外的光源的光。但从地球或太阳系内部的任何地方测量宇宙的总光输出都极其困难。

“人们曾多次尝试直接测量它，但在我们所在的太阳系，阳光太多，反射的星际尘埃将光线散射成朦胧的雾，遮蔽了来自遥远宇宙的微弱光线，”新视野联合研究员、亚利桑那州图森市美国国家科学基金会NOIRLab天文学家、新论文合著者托德·劳尔(TodLauer)说道。“所有测量太阳系内部COB强度的尝试都存在很大的不确定性。”

新视野号已经飞越了行星数十亿英里，目前已经深入柯伊伯带，正在向星际空间进发。去年夏末，新视野号在距离太阳57倍于地球的地方，用其长距离侦察成像仪(LORRI)扫描了宇宙，收集了24个独立的成像区。

航天器主体有意将LORRI本身与太阳隔离开来——使最微弱的阳光也无法直接进入灵敏的相机——并且目标区远离银河系明亮的圆盘和核心以及附近的明亮恒星。

新视野号的观察者使用了欧洲航天局普朗克任务在远红外波段获取的其他数据，这些数据涵盖了尘埃密度不同的区域，并将远红外辐射水平校准为普通可见光的水平。

这使得他们能够准确地预测和纠正COB图像中尘埃散射银河光的存在——这是他们在2021年新视野号测试COB观测运行期间无法使用的技术，当时他们低估了尘埃散射光的数量，并高估了来自宇宙本身的过量光。

但这一次，在考虑了所有已知光源(如背景恒星和银河系内薄尘埃云散射的光)之后，研究人员发现，剩余的可见光水平与过去126亿年所有星系产生的光的强度完全一致。

“最简单的解释是，COB完全是由星系引起的，”劳尔说。“看看星系外，我们发现那里一片漆黑，仅此而已。”

“这项新发表的研究为基础宇宙学做出了重要贡献，而且实际上只有使用新视野号这样的遥远航天器才能完成这项任务，”新视野号首席研究员、科罗拉多州博尔德西南研究所的艾伦·斯特恩说。

“这表明我们目前的扩展任务正在做出重要的科学贡献，远远超出了这次行星任务的初衷，即首次近距离探测冥王星和柯伊伯带天体。”

新视野号于2006年1月发射，于2015年7月对冥王星及其卫星进行了历史性的侦察，并于2019年1月让人类首次近距离观察了行星构造块和柯伊伯带天体阿罗科特(Arrokoth)。

新视野号目前正在执行第二次扩展任务，对遥远的柯伊伯带天体进行成像，描绘太阳外层日光层的特征，并从太阳系最远区域无与伦比的有利位置进行重要的天体物理观测。