探索宇宙奥秘,了解宇宙中难以捕捉到的的微

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我们来讨论一种不一样的天文学，是一些在10年前不可能讨论的情形。我们将要谈到的不是在几亿年前，由那些与我们的星系类似的星系所发射出来的光的观测，而是要讨论从宇宙形成之时，剩余的射电静电干扰弥漫背景的观测。背景一旦发生了变化，变成了大学物理楼的楼顶，变成了飞翔在地球大气层上面的气球和火箭。

年，贝尔电话实验室在新泽西州霍尔姆德尔市格劳福德山上实验了一种不同寻常的无线电天线。人们修建该天线原本是为了通过回声号卫星进行通信，但它的特点——20英尺长的超低噪声号角状反射器——使其成为射电天文学的一个大有作为的仪器。

卫星

两名射电天文学家，阿诺·A.彭齐亚斯和罗伯特·W.威尔逊开始使用这个天线来测量我们的星系在高银纬，即在银河系平面之外所发射的射电波的密度。这种测量难度很大。我们星系的射电波，同大多数天文学意义上的射电波一样，最好称之为一种“噪声”，就像在雷雨天气听收音机时的“静电干扰”。

我们很难将这种射电噪声和电子在射电电线结构及放大器电路范围内随意运动所产生的电噪声分辨开来，或者我们也很难将这种电噪声和天线从地球大气层中所接收的射电噪声分辨开来。

地球大气层

当我们研究相对“较小”的射电噪声源，如一颗恒星或一个遥远星系时，这个问题还不是那么严重。在这种情况下，人们可以将天线射束在噪声源与邻近的空旷天空之间来回转换。

无论天线是朝向噪声源还是朝向邻近天空，是来自天线结构、放大器电路还是来自地球大气层的任何乱真噪声，都基本相同，这样，当将两者进行比较时，就会相互抵消。但是，彭齐亚斯和威尔逊打算测量的是来自我们星系的射电噪声。实际上，是来自天空本身的射电噪声。

星系

分辨出在其接收系统范围内所有可能产生的任何电噪声是至关重要的。实际上，在之前对这一系统所进行的实验中发现的噪声，比能够追根溯源的噪声稍多一点，但是这种差异有可能是放大器电路中的电噪声稍稍超量造成的。

为了消除这种问题，彭齐亚斯和威尔逊使用了一种“冷负载”的方法——比较来自天线的功率与大约在绝对零度4摄氏度的情况下，使用液态氦冷却的人工源所产生的功率。在这两种情况下，放电器电路的电噪声均相同，从而在比较过程中可以互相抵消，于是容许直接测量来自天线的功率。

威尔逊

通过这种方法测量所得的天线功率仅包括来自天线结构、地球大气层和任何天文射电波源的功率。彭齐亚斯和威尔逊认为，在天线结构内部所产生的电噪声非常少。然而，为了检验这个假设，他们首先在相对较短的波长，即7.35厘米的波长位置进行观测，在这里，来自我们星系的射电噪声可以忽略不计。

当然，在这个波长位置，地球大气层会产生某些射电噪声，但这对方向有着独特的依赖性：它与沿天线所指方向的大气厚度成正比——偏向天顶时较小，偏向地平线时较大。据估计，在减去具有方向独特依赖性的大气项后，基本上就不会有天线功率残留下来了，这就证实在天线结构内部所产生的电噪声实际上是可以忽略不计的。

射电

接下来，他们就可以在较长的波长，即21厘米左右的波长位置研究星系本身，在这里，星系射电噪声有可能相当多。顺便提一句，波长为7.35厘米或21厘米，最高可达1米的射电波，被称为“微波辐射”。这是因为这些波长比第二次世界大战初期雷达上所使用的VHF波段的波长短的缘故。

令彭齐亚斯和威尔逊吃惊的是，年春，他们发现在7.35厘米的波长上接收到了数量可观的微波噪声，并且这些微波噪声不受方向影响。另外，他们还发现这种“静电干扰”并不随时辰、季节或年份的变化而变化。它似乎并不可能来自我们的星系；如果是的话，那么，仙女座中的大星系的微波噪声也已经被观测到。

仙女座

仙女座中的大星系M31在很多方面都与我们的星系相似。显然，需要重新考虑天线本身是否会产生比预期更多的电噪声。据知，两只鸽子栖息在天线上。这两只鸽子被捉住后，寄养在慧帕尼的贝尔实验室；被释放后，发现它们几天后又回到了霍尔姆德尔的天线上；再次将它们捉住，最后，为了阻止它们而采取了更为果断的措施。

在鸽子的栖息过程中，它们已经在天线上涂抹了一层被彭齐亚斯精确地称为“一种白色的介电物质”的东西，而这种物质在室温下有可能成为电噪声的一种来源。年初，他们得以打开天线，清除杂物，但这些措施及所有努力仅仅使所观测到的噪声级降低了一点点。不解之谜依然存在：微波噪声到底来自何方？

参考资料：《宇宙的秘密》《宇宙起源》