宇宙的成分

宇宙的成分：暗能量（DE），暗物质（DM），和普通物质（NM）。（© Sandbox Studio）

从过去几十年的天文观测得出，我们所能看到的普通物质，比如行星、恒星和气体等，只占了宇宙中总质量和能量的5%。暗物质占了25%，而暗能量则占了70%（戳：《未知的~95%》）。科学家究竟是通过什么观测手法得出这些比例的？

宇宙大爆炸后，经历了一段暴涨时期。

其中一个方法就是对宇宙微波背景辐射（CMB）的观测。CMB是指大爆炸遗留下来的辐射。在大爆炸的380,000年后，宇宙的温度降到了3000开尔文（大约2700摄氏度）。在这个时候电子已经可以和质子结合产生氢原子，并且不会再分开。在缺少自由电子的情况下，光子可以不受阻碍的在宇宙中自由传播。宇宙经历了上百亿年的膨胀，这些光子的波长越来越长（大约为1毫米），因此温度也就逐渐降到了2.73开尔文（大约为零下270度）。这些光子充满了今天的宇宙，也就是背景辐射，利用红外和射电望远镜就可以探测到它们的存在。从CMB中我们可以获取许多的信息。下图是普朗克卫星的最新观测结果。

微博背景辐射。（© Planck）

从上图我们可以看出CMB在不同区域的的颜色不同，这些不同的颜色代表了不同的温度，即温度涨落，其实相差非常小。不同的温度代表了宇宙每个地方不同的密度。通过这些涨落，我们就能知道宇宙哪里密度高一点，哪里密度低一点。高密度的地方自然就会形成今天所看到恒星，星系等。

另一个测量的方法则是星系巡天。星系会在宇宙中有很多暗物质的地方诞生，所以通过测量星系的分布我们就可以知道物质的分布。如果有许多的暗物质，那么星系就会在引力的作用下紧紧地束缚在一起。如果有更多的暗能量，那么星系之间的距离则会随着宇宙的膨胀越来越远。

通过不同观测手段的数据比较，科学家发现星系巡天和微波背景辐射观测得出的结果吻合的非常好。

暗物质和暗能量在大尺度上非常均匀的分布在宇宙之中。我们之所以知道，是因为在大尺度上，微波背景辐射显得非常地均匀。

但是在小尺度上就不一样了，暗物质在星系的尺度上具有成团的性质。我们需要有暗物质，星系才能够形成。暗能量则不同，我们目前所知道的是他们非常均匀的分布在时空之中。但是如果我们想知道这些结论是否正确，我们就需要更精确的测量才行。

其中一个项目是“大口径综合巡天望远镜”（LSST）。LSST的目标是测量100亿个星系的性质以及它们如何分布在空间中。从中我们可以学习到暗物质的成团性质，以及暗能量是否均匀的分布。

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