20世紀之前，天文學家被一個似乎不難回答的問題困住了：為什么夜空是黑暗的？

如果無限的宇宙像天文學家原本假定的那樣，擁有無限數(shù)量的恒星，那么我們看到的夜景應(yīng)該沐浴在星光之下才對。最終，當天文學家明白宇宙并非無休無止時，他們找到了這個問題的答案，即所謂的“奧伯斯佯謬”。我們有限的宇宙，即便擁有億萬恒星，那些恒星也不足以照亮夜空。最重要的是，宇宙正在快速膨脹——事實上，宇宙自誕生伊始就在不斷膨脹——恒星都在遠離彼此，并逐漸消失在黑暗中。

對于我們周圍的恒星環(huán)境，埃德加·愛倫·坡（Edgar Allan Poe）在1848年的散文詩作《我發(fā)現(xiàn)了》（Eureka）中，做了最好的描述：

能夠成功抵達地球的星光非常微弱，天文學家估計，那些光線的亮度相當于我們從大約4公里之外，遙看一盞四周全黑的60瓦燈泡，也就是那種常見于家用燈具的燈泡。

毫無疑問，這種微弱的光芒與恒星真正的亮度，根本無法相比。

可觀測宇宙中至少有2萬億個星系，而每個星系都擁有數(shù)以百萬計的恒星。現(xiàn)在，天體物理學家已經(jīng)計算出整個可觀測宇宙歷史上發(fā)出的所有星光。宇宙的年齡大約是138億年，科學家表示，他們的測量可以回溯至最初的10億年，當時第一批恒星剛剛開始在宇宙出現(xiàn)，它們就像是在熱油中爆開的爆米花。

他們的研究成果已發(fā)表在近日的《科學》雜志上。

科學家估測，自宇宙誕生的第一個10億年以來，恒星發(fā)射到可觀測宇宙中的光子總量（正是這種粒子構(gòu)成了可見光），約為4×10的84次方 ，把這個數(shù)字寫出來就是：4,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000, 000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000個光子。

看到這么多的0，一般人幾乎無法對這樣驚人的數(shù)字形成概念，所以，天體物理學家拿太陽做了一番比較：太陽每年發(fā)出的光子大約有 3×10的52次方個，也就是30,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000, 000,000,000,000,000,000個光子。

你也許已經(jīng)從這一長串0中猜到了，測量整個可觀測宇宙的星光不是一件容易的事。天文學家需要借助太空中的強大望遠鏡，在那里，儀器擁有開闊的視野，而且不受地球大氣層的干擾。他們需要哈勃那樣的太空望遠鏡，后者經(jīng)過近30年的運行，對深空進行了觀測，并拍攝了宇宙早期星系的照片。但即便強大如哈勃，太空望遠鏡也做不到一覽無遺，尤其是那些比較暗淡的星系。這種盲點使得我們難以描繪出有關(guān)宇宙星光的完整圖景。

所以，科學家決定通過間接的方式對星光進行測量。為此，他們利用了美國宇航局的另一個太空天文臺，即費米太空望遠鏡。費米望遠鏡旨在測量伽馬射線，這種射線是光線的最強能量形態(tài)。與可見光一樣，伽馬射線由光子構(gòu)成，但它對人眼來說是不可見的。

宇宙中最大的一些伽馬射線源來自耀變體，也就是位于宿主星系中央的超大質(zhì)量黑洞，它們的質(zhì)量是太陽的數(shù)百萬倍。這些黑洞以周圍的宇宙物質(zhì)為食，在吞吃的時候，黑洞會像打嗝一樣，射出高能粒子噴流（其中就包括伽馬射線），并推動它們以接近光速的速度在太空中穿行。盡管名為黑洞，但“它卻是宇宙中最明亮的光源，非常壯觀?！泵绹巳R姆森大學天體物理學家、上述研究的首席作者馬可·阿耶洛（Marco Ajello）說。

費米望遠鏡可以探測到這樣的現(xiàn)象，因為有數(shù)百個耀變體直接朝向地球，因此，它有可能對那些噴流進行精確的測量。

狂暴的伽馬射線可能跟宇宙中彌漫的“霧”發(fā)生碰撞，后者在宇宙誕生初期便已存在。那些霧被稱為河外背景光，它們就像是能夠捕捉光子的“蜘蛛網(wǎng)”。在漫長的歲月里，霧中積聚了來自宇宙所有光源（主要是恒星，還有一些饑餓的黑洞）的輻射。被困在霧中的星光會繼續(xù)在宇宙中穿行，即便發(fā)出它們的光源早已熄滅，這樣便產(chǎn)生了一份關(guān)于星光的移動記錄。

當伽馬射線與霧發(fā)生碰撞時，有一部分射線會被霧吸收。在這種作用下，曾是霧中明亮燈塔的黑洞強大噴流，會略微變暗。費米望遠鏡能夠檢測這種變化，而天體物理學家則可以利用數(shù)據(jù)，追蹤被吸收的伽馬射線（光子）數(shù)量，并反過來追蹤霧的成分變化。

阿耶洛和同事對費米望遠鏡獲得的數(shù)據(jù)進行了分析，其中涉及700多個距地球遠近不一的耀變體。每個耀變體都揭示了宇宙歷史的一個不同截面；該研究團隊對各個耀變體周圍的宇宙迷霧進行了觀測，以此估算特定時期的星光?！拔覀兛梢酝茢喑觯尘肮馐侨绾坞S著時間的推移積聚起來的?！北鶏u大學天體物理學家、這項研究的共同作者卡利·赫爾加森（Kári Helgason）說。

眼下，天體物理學家能夠回溯的宇宙歷史，已經(jīng)達到了當前技術(shù)條件的極限。不過，一件有可能真正改變游戲規(guī)則的儀器，正在成形。美國宇航局計劃在2021年發(fā)射一臺比哈勃強大100倍的望遠鏡，即詹姆斯·韋伯太空望遠鏡。它將通過紅外光而非可見光對宇宙進行掃描，這種設(shè)計將讓它得以穿透宇宙迷霧，揭示宇宙初期的奧秘?！斑@就是天文學的魔力?！焙諣柤由f，“你（在太空中）觀測得越遠，實際上是在回望過去?！?/span>

翻譯 | 何無魚；校對 | Lily