作为一名天文学家，没有比用新仪器或望远镜实现“第一束光”更好的感觉了。 这是新硬件多年准备和建造的顶峰，首次从天文物体收集光粒子。
随后通常会松一口气，然后是对现在可能出现的所有新科学的兴奋。
10月22日，暗能量光谱仪（DESI）在梅奥尔望远镜美国亚利桑那州迎来第一道曙光。 这是我们测量星系距离能力的巨大飞跃？ 开启绘制宇宙结构图的新时代。
正如其名称所示，它也可能是解决物理学中最大问题之一的关键：什么是被称为“”的神秘力量暗能量” 组成了宇宙的 70%？
宇宙是块状的。 星系以几个到数十个星系为一组生活在一起。 还有数百到数千个星系团和包含许多此类星系团的超星系团。
宇宙的这种层次结构从第一张宇宙地图中就已经知道了，它看起来像一张“火柴人”先锋天体物理学中心 (CfA) 绘制的图表红移调查。
这些引人注目的图像是人们第一次看到宇宙中的大型结构，其中一些结构跨度达数亿光年。
CfA 巡天是一次费力地构建一个星系。 这涉及测量星系光的光谱？ 按波长或颜色分裂光？ 识别某些化学元素（主要是氢、氮和氧）的指纹。
由于宇宙的膨胀，这些化学特征系统地转移到更长、更红的波长。
SDSS 地图 - 每个点都是一个星系。 （M.布兰顿/SDSS/CC BY-SA）
这种“红移”最早是由天文学家发现的连衣裙拖鞋并引发了现在著名的哈勃定律？ 观察到更遥远的星系似乎正在以更快的速度远离。
这意味着相比之下，附近的星系似乎远离得相对较慢？ 它们的红移程度比遥远的星系要小。 因此，测量红移星系的距离是测量其距离的一种方法。
至关重要的是，红移和距离之间的确切关系取决于宇宙的膨胀历史，这可以使用我们的引力理论以及我们对宇宙物质和能量密度的假设进行理论上计算。
所有这些假设最终在世纪之交结合对宇宙的新观测结果得到了检验，其中包括来自更大型红移调查的新 3D 地图。
特别是，斯隆数字巡天 (SDSS)是第一台专用红移巡天望远镜，可测量超过一百万个星系红移，将宇宙中的大规模结构绘制成前所未有的细节。
SDSS 地图包括数百个超星系团和细丝，并帮助做出了意想不到的发现？ 暗能量。 他们表明宇宙的物质密度远低于人们的预期宇宙微波背景，这是从大爆炸。
这意味着一定存在一种被称为暗能量的未知物质，推动宇宙加速膨胀并变得越来越缺乏物质。
谜题
所有这些观测结果的结合预示着宇宙学理解的新时代，宇宙由 30% 的物质和 70% 的暗能量组成。
尽管大多数物理学家现在已经接受暗能量这种东西的存在，但我们仍然不知道它的确切形式。
但有几种可能性。 许多研究人员认为，真空能量具有某种特殊的价值，被称为“宇宙常数”。
其他选择包括爱因斯坦取得巨大成功的可能性万有引力理论是不完整的当应用于整个宇宙的巨大规模时。
像 DESI 这样的新仪器将有助于进一步解开这个谜团。 它将测量数千万个星系红移，跨越距地球数百亿光年的巨大宇宙。
如此令人惊叹的详细地图应该能够回答有关暗能量和宇宙中大规模结构的形成的一些关键问题。
例如，它应该能够告诉我们暗能量是否只是一个宇宙常数。 为此，它将测量暗能量对宇宙施加的压力与每单位体积的能量的比率。
如果暗能量是一个宇宙常数，那么这个比率在宇宙时间和位置上都应该是恒定的。 然而，对于其他解释，这个比率会有所不同。 任何表明它不是常数的迹象都将是革命性的，并引发激烈的理论工作。
DESI 还应该能够限制甚至扼杀许多修正引力理论，这可能为爱因斯坦的引力理论提供有力的证实。广义相对论在最大的尺度上。
或者相反？ 这再次引发了理论物理学的革命。
DESI 测试的另一个重要理论是暴胀理论，它预测原始宇宙中能量密度的微小随机量子涨落在短时间内的剧烈增长期间呈指数级膨胀，成为我们今天看到的大规模结构的种子。
DESI 只是未来十年即将推出的几个下一代暗能量任务和实验之一，因此我们当然有理由乐观地认为我们很快就能解开暗能量之谜。
新的卫星任务像欧几里得，以及大型地面观测站，例如大型综合巡天望远镜，还将提供见解。
还会有其他红移仪器，例如 DESI，包括4MOST 欧洲南方天文台。 这些共同作用将在整个天空中产生数亿次红移，从而形成一幅难以想象的宇宙地图。
当我仅基于 700 个星系红移撰写博士论文时，这似乎已经是很久以前的事了。 这确实表明对于天文学家来说这是一个激动人心的时刻。
