GPS衛星的作用不僅在領路而已,事實上,科學家也正在利用GPS來解決某些基礎物理問題。其中一個科學研究,利用分析GPS衛星的軌道,發現地球應該比原本認為的還要重,因為地球周圍可能具有一個暗物質暈( halo of dark matter)。
按現行宇宙論,宇宙中約有80%的物質是神秘的暗物質;但對於暗物質的真實性質,科學家仍所知無幾,甚至對暗物質在太陽系中的分佈狀況也不甚明瞭。但由於暗物質與一般物質彼此間會有重力交互作用,藉由一般物質的變化,便可找出暗物質的蹤跡。美國普林斯頓高等研究所(Institute of Advanced Studies in Princeton)Steve Adler在2009年發現有幾架太空觀測用衛星在環繞地球運行的過程中,速度會突然無預期改變;Adler分析計算後,發現受縛於地球重力的暗物質能解釋這個異常現象。
美國德州大學(University of Texas)Ben Harris想知道這些暗物質是否也會影響衛星。其中的GPS衛星的優點就是可以確知它們的軌道。Harris分析俄羅斯的GLONASS、美國的GPS和歐盟的Galileo等全球定位系統的衛星約9個月的軌道資料,藉此估算每個GPS衛星「感受到」的地球質量。結果顯示估算出的地球質量,比國際天文聯合會(International Astronomical Union,IAU)公布的地球標準質量(5.972×10^24公斤)還大百分之0.005到0.008,而且在地球赤道面上有個厚約191公里、寬約70,000公里的暗物質盤。
其實暗能量的「暗」,指的是我們看不到也摸不到,用上各種波段的電磁波都察覺不到,甚至現今沒有任何儀器能偵測到它的存在。因為我們無法感受到它、不知道他們的型態,所以稱為暗能量。也就是說,如果暗影大人或是哪個最終 BOSS 的絕招是「暗能量波動」,當巨大的能量朝你襲來,不用擔心,站在原地就好,因為它只會穿過你的身體,打不中你的。同樣的,你可能聽過的「暗物質」,指的也是我們無法探知的未知物質。也就是說,暗物質並不是指某種特定物質叫做暗物質,任何我們現在還無法探測到的,都可能是暗物質的其中一種。題外話,近年某些暗物質面紗底下的容貌,已經逐漸能被我們窺見,例如微中子。這部分,之後我們介紹暗物質的節目中,再來好好討論,今天先來和大家聊聊佔了宇宙質能 7 成的暗能量。
科學家主要透過三種方法,分別用來觀測晚期、中期、到早期的宇宙。第一種方法是觀測 Ia 型超新星爆炸,它指的是當一顆緻密白矮星到了生命末期,吸收大量鄰近伴星的氣體,使得內部重力超過某個極限,引發失控的核融合而形成的超新星爆炸。這個爆炸會在瞬間釋放出許多能量,亮度甚至可以媲美整個星系,因此即使是很遙遠的超新星也可以被地球觀測到。最受天文學家關注的是,因為每個 Ia 型超新星爆炸時產生的尖峰光度都相同,可以直接作為觀測或是亮度的比對參考點,又稱為標準燭光。當它離我們愈遠亮度就愈小,只要觀測亮度就可以得知它離我們的距離。