科技日报（2011年03月18日）信息，利用哈勃太空望远镜，美国国家航空航天局（NASA）以迄今最精确参数重新计算了宇宙膨胀率之后，即“哈勃宇宙膨胀率”。排除了一种可能代替暗能量的泡泡宇宙假说。研究结果将发表在4月1日出版的《天体物理学杂誌》上。宇宙正显出以越来越大的速率在膨胀。一种暗能量理论认为，这是因为宇宙中充满了暗能量，通过与万有引力相反的方向对星系推动造成的；而另一种替代暗能量的泡泡宇宙假说认为，这种景象可能是个幻觉，如果我们生活在一种跨越80亿光年且包含着邻近星系的巨大泡泡中，且处于离泡泡中心较近位置，就会看到星系之间的距离在加速拉开。

而现在，天文学家改进了对宇宙当前膨胀速度的测量，能够证明泡泡宇宙假说是错误的。该研究由太空望远镜科学研究院（STScl）的亚当·里斯和马里兰州约翰·霍普金斯大学共同领导，超新星Ho物态方程小组（SHOES）进行的这次测量，提高了哈勃常数的精确度，使其在观察暗能量变化时更为精确。研究小组将当前宇宙的膨胀率数值的不确定性降低到了3.3%，与上次在2009年时的测量相比，误差减少了30%。哈勃常数是河外星系推行速度同距离的比值，可以表示宇宙膨胀率。他们算出的新值为73.8公里/秒·百万秒差距，这意味着一个星系距离地球每增加百万秒差距（3.26百万光年），它离我们而去的速度每秒就增加73.8公里。暗能量是现代物理学关于宇宙的最神秘问题之一。对此，爱因斯坦曾构想出一种推动力，称为宇宙常数，以抵消万有引力的作用而保持宇宙稳定。到1929年天文学家爱德温·哈勃发现了宇宙在膨胀后，他也放弃了这种观点。此后直到1998年，两个研究小组发现了暗能量的观察证据，里斯领导的研究小组就是其中之一。

由于暗能量的令人费解，许多科学家开始构想其他的解释，其中就包括宇宙泡泡理论。该理论认为，低密度的泡泡会比围绕它的质量更大的宇宙泡泡扩张得更快。对于泡泡内部的观察者来说，就会显出好像是有一种暗能量的力量正在将整个宇宙推开。泡泡假说要求宇宙的扩张率比天文学家所计算的更慢，大约60公里/秒·百万秒差距到65公里/秒·百万秒差距。根据里斯小组报告，他们把哈勃常数值的不确定性降低到3.3%后，已经排除了所有关于更低数字的质疑。合作研究人员德州农工大学卢卡斯·马克利解释说：“泡泡理论的最大挑战是，它要求我们必须生活在离泡泡中心很近的地方。自从我们知道有某种神秘的东西在给宇宙加速以来，虽然只发生了约百万分之一的变化，但却向我们指出更準确的方向。”

里斯对暗能量一直追蹤研究了13年。他发现的遥远Ia型超新星比预期的更加昏暗，这意味着它们比预期的更加遥远，从而发现了暗能量的存在。他认为，造成这一现象的唯一原因是，宇宙的扩张在过去某个时候被加速了。在此发现之前，天文学家们普遍认为，由于星系间万有引力的吸引作用，宇宙扩张正在逐渐慢下来。但这一结果暗示着，有某种神秘的力量正在反作用于万有引力，以越来越快的速度猛推着星系互相远离。里斯认为，缩小暗能量範围的最佳方式是测出更精确的哈勃常数值。用仪器测量宇宙膨胀率可不像用捲尺测量自家的门厅，在两端放下尺子就行了。研究小组首先必须确定恆星之间或近或远的準确距离，再用星系退行（由于空间扩张所表现出的后退）速度和这些距离相比，然后用这两个值算出哈勃常数。

由于无法实际测量星系距离，必须找到一种“宇宙的尺度”作为相对参照物，通过比较它们的真实亮度和从地球上看来的相对亮度而推断出它们的距离。在可靠的宇宙标尺中，里斯小组同时选择了造父变星和一种称为Ia型超新星的爆发恆星，它们爆发的亮度都非常相似，足以照亮遥远的宇宙。通过将Ia型超新星显出的亮度和脉冲星造父变星相比较，天文学家能準确地测出它们的内部亮度，由此计算出Ia型超新星与宇宙中各个星系的距离。在过去80年里，众多天文学家一直在测量哈勃常数，里斯也是其中的一位。哈勃望远镜在帮助天文学家精确测量宇宙及其膨胀方面发挥着重要作用。它在1990年发射以前，常数的估计值也曾经历过一些变化，1999年再次将误差减小到约10%。研究小组认为，在哈勃测量乏力之前，继续使用这种方法还能把不确定性再减少一半，使暗能量的性质更加凸显，有助于天文学家对宇宙性质的估计更準确，更多了解宇宙形状、早期宇宙中的中微子或其他幽灵粒子等。此后就需要能力更强的詹姆斯·韦伯太空望远镜来发挥能力了。

暗能量它是一种不可见的、能推动宇宙运动的能量，宇宙中所有的恆星和行星的运动皆是由暗能量与万有引力来推动的。之所以暗能量具有如此大的力量，是因为它在宇宙的结构中约占73%，占绝对统治地位。暗能量是宇宙学研究的一个里程碑性的重大成果。支持暗能量的主要证据有两个。一是对遥远的超新星所进行的大量观测表明，宇宙在加速膨胀。按照爱因斯坦引力场方程，加速膨胀的现象推论出宇宙中存在着压强为负的“暗能量”。另一个证据来自对微波背景辐射的研究精确地测量出宇宙中物质的总密度。人们知道所有的普通物质与暗物质加起来大约只占其1/3左右，所以仍有约2/3的短缺。这一短缺的物质称为暗能量。

美国天文学家哈勃 美国天文学家哈勃于1929年发现星系退行速度与其距离存在着正比的关係，即所谓「哈勃定律」：退行速度v=H0X距离d，其中H0就是哈勃常数。随着哈勃定律的提出，宇宙膨胀的观念逐渐确立。天文学家后来发现哈勃常数远超过当初哈勃所认知的内容。H0原来不单是量度宇宙膨胀的一个参数，而且还可以用来计算宇宙年龄、宇宙大小、宇宙中黑暗物质的数量、重子数目、轻元素丰度、甚至早期宇宙形成的结构等等。找寻H0的数值因此便成为近代天文学家的重要课题。事实上，哈勃太空望远镜的一个主要任务，以至其主镜大小的设计，都跟寻找H0有莫大关係。

哈勃定律 我们可以从哈勃定律看到要寻找H0，先要测量出天体(主要是星系团)的退行速度和距离。哈勃本人在1929年给出第一个数值：H0=513km/s/Mpc，即一个距离我们一百万秒差距的天体，它的退行速度是每秒513公里(一秒差距=3.26光年)。哈勃于1953年逝世后不久，桑德奇将H0修正在50与100之间。若我们接受大爆炸理论，H0=50表示宇宙年龄介乎130到165亿年之间。若H0=100，即表示宇宙年龄介乎65到85亿年之间，而实际数字则取决于宇宙的物质密度。直至90年代哈勃太空望远镜升空前，天文学家从观测计算到的H0依然是介乎50与100之间。为甚幺仍有两倍的不确定呢？原来测量H0有两个主要的误差：第一个是测量退行速度的误差，虽然天文学家利用光谱及都卜勒效应，已经很準确地找到个别星系的退行速度，但由于与邻近星系及星系团的引力作用，这个退行速度便不完全是因宇宙膨胀而产生。第二个误差，也是最重要的一个误差，就是距离量度的不确定。

测量造父变星 除了几百光年内的星体外，天文学家很主要倚靠测量造父变星来计算天体的距离，利用地面望远镜测量造父变星，可直接给出约二、三千万光年内星体的距离，而对于更遥远的星体，天文学家便要藉助其它方法，但这些方法还是需要利用造父变星来作校正。哈勃太空望远镜的一个重点计画，就是要测量更多更远星系中的造父变星(远达6,500万光年)，从而更準确地校正其它测量遥远天体的方法，使我们更精确地把距离测量扩展至三亿二千万光年。此外，这个重点计画也会针对在室女座及天炉座两个星系团作仔细观测，从而得出更準确的H0数值。

女天文学家费利曼 以女天文学家费利曼为首的26人小组，是这个重点计画的主持人。虽然这个计画仍在进行中，但迄今已有不少成果。早于1994年这个重点计画落实的初期，这小组已从旋涡星系M100的观测中计算出H0=80±17，折算宇宙年龄大约在80亿至110亿年左右。当时曾掀起一场争论，因为从恆星演化理论得知，一些最老的球状星团可能已有150亿年的寿命，怎可能星体比宇宙更年老？随后几年的不断观测，特别是NGC925、NGC1023、NGC3351、M101、NGC7331、NGC4414及NGC1365，到1999年为止最新的H0是70±10，相对于宇宙年龄90亿至120亿年。同时从依巴谷卫星得出的资料显示，球状星团的距离可能更远一些，加上重新检视球状星团的理论模型，天文学家相信球状星团的年龄并不是最初估计的年老。这场争论的分歧因此便日益减少。

Ia型超新星爆炸 除了费利曼这个小组的工作外，桑德奇利用Ia型超新星爆炸作为计算距离的方法，测出H0=55-60，此外，埃利斯等天文学家利用统计方法算出H0介乎66至82之间。还有一些天文学家另创新方法来测量H0，例如利用引力透镜现象及微波背景辐射与星系团的热电浆造成的散射现象等等。跟50年代H0数值的两倍不确定比较，今天在探求这个重要天文参数的数值工作上，已有了一定的进步。