2度视场星系红移巡天

天文学在1997年至2002年4月11日之间使用AAO天文台的3.9米AAO望远镜进行的红移巡天观测

2度视场星系红移巡天 (Two-degree-Field Galaxy Redshift Survey)，或2dF、2dFGRS是天文学在1997年至2002年4月11日之间使用AAO天文台的3.9米AAO望远镜进行的红移巡天观测。史蒂夫马杜克斯和约翰皮科克是这个计划的主持人，巡天测量的数据在2003年6月30日出版。在勘测的这一局部宇宙的部分，确定了大规模的结构。截至2007年1月，它是仅次于2000年开始的史隆数位巡天之下，规模第二大的巡天观测。

叙述

2度视场星系红移巡天计划的名称来源是因为所使用的仪器每次测量的面积大约是2平方度，针对南天和北天的银极，总共测量了1,500平方度。

观测区域的选择则是依据先前的APM 星系巡天的结果（史蒂夫马杜克斯和约翰皮科克也参与此工作），在赤经上涵盖了75度宽的两个扇状区，在纬度上的涵盖是银北极7.5度的范围，银南极15度的范围，在银南极还测量了数百个独立的2平方度区域。（参见概述图，那些黑色的小圈代表勘测的区域，红色的栅格是早先APM星系巡天调查的区域）。

总计，在五年之中，使用了272个观测的夜晚。在光度学上测量了382,323个目标，在244,591个天体的光谱中有232,155个是星系（221,414有良好的品质），12,311个是恒星，还有125个类星体。

这次勘查使用的是口径3.9米的AAT，在主焦点上佩挂视野2dF的仪器后，每次指向目标时可以观察2平方度的区域。这个仪器的频谱仪拥有两个各有200条光纤的遮罩，可以同时测量400个光谱。测量的极限星等是19.5等，涵盖的红移值主要在 Z＜0.3，中间值为红移0.11；换算成体积大约涵盖在10hMpc，此处的h相当于哈伯常数的百分之一，而哈伯常数的值为70 km/s/Mpc。这次勘查得到的最大红移值相当于600hMpc的距离。

巡天结果

2度视场星系红移巡天所得与宇宙论相关的主要结果如下：

这些结果与其他观测所获的结论一致，例如WMAP(其观察证据支持标准宇宙模型)。

透过2度视场星系红移巡天，我们得以一窥可观测宇宙的独特面貌。以观测结果建立出的3度空间测量图显示出，邻近宇宙里令人印象深刻的宇宙结构。由一些超星系团构成的巨大结构，像是史隆长城，是所知在宇宙中最巨大的结构。

巡天技术

2dFGRS是采用了多光纤技术的新一代巡天计划。由于能同时采集大批天体的光谱，采用这项技术的计划获得的数据量比起20世纪80年代的同类工作要大3-4个数量级。2002年7月，计划中的25万个星系已基本观测完毕，人们获取了22万余个星系的准确红移值，完成了该巡天的观测部分。

巡天利器

除了3.9米英-澳望远镜之外，天文学家的主力设备还包括2度视场（2dF）系统。这套相当复杂的系统（甚至可以说是最复杂的天文观测设备之一）包括大视场改正器、光纤板（直径半米左右）、2台摄谱仪，以及修正大气散射的设施。光纤板可以说是系统的关键，其上连接有400根光纤，每根光纤定位精度达20微米，覆盖的天空范围是0.3″；每台摄谱仪都可接收来自200根光纤的信息。这样就可以随时获得在2度视场内400个星系的光谱。

为充分利用时间，提高效率，2dF系统采取的设计可以让观测与准备同时进行。也就是说，在使用一块光纤板进行光谱观测的同时，可以准备好另一块（用于不同天区）的光纤板，而每块光纤板的准备时间不超过一小时。因此在巡天工作中，基本不存在无效时间。理想条件下，2dFGRS计划一夜最多能获得2000个星系的光谱；而获取10万个星系的光谱只要2年时间。

巡天范围

2dFGRS的观测对象是从先前APM星系巡天的数据中筛选出来的。APM巡天利用的是英-澳天文台联合王国施密特望远镜拍摄的底片，确切地说是底片经扫描后得到的电子文件。

2dFGRS观测的星系主要分布在南北银极附近的两个带状区域上，另外也有一些分布在南银极带附近100个随机选择的天区，涉及天区的总面积为1800平方度。其中最暗的星系星等为19.45等。与2dFGRS同时进行的还有2度视场类星体巡天计划，使用的装备与2dFGRS一样。它的目标是拍下3万个类星体的光谱（已完成）。

星系的分布

2dFGRS计划得到的数据是25万个星系的光谱。光谱可以告诉我们宇宙学上最重要的数据之一：星系的红移值z，只要应用多普勒定律我们就可以计算出星系离我们远去的速度v，或者更简单地，v = c z。而哈勃定律说，星系的退行速度与距离D成正比：

v = H D

也就是说，2dFGRS计划使我们获取了25万个星系的距离数据（当然其中有一部分数据精度很低，可以信赖的数据有221414个）。这些星系的平均红移值大约是0.1。

将星系的天球坐标与距离结合起来，我们能得到什么？答案很明显：星系在宇宙中的3维分布。

宇宙的大尺度结构已经有所显露了：空穴与细丝。星系的分布远远谈不上均匀。尽管2dFGRS计划只巡视了很小一片天区，但仅仅基于宇宙学原理，我们就完全有理由认为宇宙在各个方向上都是如此。2dFGRS巡天所能观测的最远星系距离我们大致是40亿光年。在10亿光年的范围内，星系成团现象很明显。空穴与细丝的尺度大至上亿光年，在空穴中几乎没有星系存在。或者干脆说，这一区域内的宇宙是一片泡沫，星系分布在泡沫表面。而在此之外，星系分布趋向均匀，泡沫结构逐渐隐去。这也在一定程度上填平了宇宙小尺度结构的不均匀与高度各向同性的宇宙微波背景辐射之间的鸿沟。

除此之外，2dFGRS巡天还得出了星系总亮度和星系中心表面光度与空间分布的关系，以及星系亮度与成团性的联系。

暗物质与暗能量

2dFGRS计划获得的星系地图展现了泡沫状的结构，那么这又能说明什么？星系的密度场。红移的空间分布形式被认为与宇宙中的重子物质有关。如果能详查这一点，天文学家就可以解开宇宙初期量子起伏的情况。

对星系密度场进行傅里叶分析和球谐函数分析之后，人们可以得出功率谱（power spectrum）P(k)，以了解在某一尺度上星系成团的情况。分析结果是，如果宇宙的结构正如2dFGRS巡天所得，那么普通重子物质只占所有物质的15%；余下的，全是不可见的暗物质（这里指冷暗物质）。观测数据同样表明，暗物质的分布方式也是与普通物质相同的。而天文学家认为，正是宇宙早期暗物质的分布起伏为宇宙的普通物质起伏埋下了种子。

而对宇宙微波背景辐射的精细观测表明，宇宙的几何结构是平直的。将这一观测结论与2dFGRS巡天的功率谱以及哈勃常数的数值相结合，天文学家又可以推算出，为保证宇宙平直，宇宙中所有物质只能占据全部质量-能量的30%。其余的70%就归为产生负压力、驱动宇宙加速膨胀的暗能量了。

另外，2dFGRS巡天对Ia型超新星的观测也为宇宙加速膨胀提供了独立的证据。这也从某种意义上说明了暗能量的存在性。

宇宙的色彩

同时，2dFGRS巡天观测的星系样本数量之大，也使天文学家们能够尝试着去回答一个简单而又棘手的问题：宇宙的颜色是什么？

回答这一问题的前提是对各天体的光谱有相当了解。首先，将这25万个星系的光谱综合起来，天文学家们可以绘制出“宇宙光谱”。这可以看作是宇宙中所有天体（确切地说是2dFGRS巡天观测过的所有天体）辐射的总和。

么如果让“宇宙光谱”通过三棱镜汇聚到一起呢？

2002年1月公布的结果是这样的，这是介于浅绿松石色和碧绿色之间的颜色，RGB值分别是0.269、0.388和0.342。姑且先将这种颜色称为“宇宙绿”吧。

但时隔不久，研究人员发现他们的参考点略偏红色。扣除这个因素后，人们得到的宇宙色彩则是偏米黄的。这种颜色最后被称为cosmic latte。

在宇宙演化过程中，宇宙的平均色彩并非一成不变，而是随时间的推移逐渐向红端变化。在宇宙创生之初，色彩则近于翠蓝色。

除此以外

除2dFGRS之外，正在进行的大型巡天计划还有斯隆数字巡天（SDSS）、利用2微米巡天进行的6度视场巡天、VIMOS，Wigglez等。幸运的是，在很多关键问题如暗能量上，它们取得了相当一致的结论。这也从某种程度上说明了如今宇宙学理论的可靠。

全国各地天气预报查询