《談天說文》黃金羅盤的塵黃金羅盤的塵

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「有個莫斯科維人叫做魯薩可夫，他發現一種新的基本粒子……卻非常難以測量，因為它不以尋常的方式作用。」艾塞列公爵對著萊拉解釋什麼是「塵」，在菲力普‧普曼的《黃金羅盤》奇幻小說中，「塵」是一種非常神秘的物質，只有特殊的感光乳劑才能拍到「塵」，支配了女主角萊拉所處世界的教會認為「塵」是人的原罪，它不會被小孩吸引，只有成人才會吸引「塵」，「塵」就像伊甸園裡的蘋果，當亞當夏娃吃了蘋果之後，罪惡、羞恥和死亡開始出現。

類似《黃金羅盤》所描述的「塵」也出現在我們的世界，有些比「塵」更加神秘，根本無法拍攝它的蹤跡。在日常生活中，到處充滿了肉眼看不到的「塵」，例如無線電波和紫外線，一般照相底片是無法拍攝無線電波和紫外線，不過只要有適當的儀器，就像小說中的特殊感光乳劑，我們也可以記錄這些電磁波。

此外，隨時會有所謂的宇宙射線從天而降，穿透地球。宇宙射線是一種高能量的粒子，絕大多數是質子，少部分是氦和電子。宇宙射線的能量極高，是現有人類能夠製造出能量的一千萬倍以上，雖然能量很高，但在通過地球大氣時，有些宇宙射線會和大氣產生碰撞，製造出更多的基本粒子，可以使用物理儀器（如氣泡室或閃爍偵測器）偵測。

另外還有一種稱做微中子的基本粒子也是很難偵測，微中子幾乎沒有質量，能夠以接近光速的速度橫行於全宇宙。微中子可以任意穿透各種物體而不受到阻礙，平均來說，微中子可以輕易地穿透1兆公里厚度的鉛板。通常科學家都是將偵測微中子的設備放在地底下，例如義大利有一個微中子偵測計畫，在地底下1公里處放置可存放2400噸純水的儲存槽，當微中子撞擊儲存槽內的水分子，周圍數千個偵測器便可以接收到微中子的訊號（如圖一）。

不論是肉眼看不到的電磁波，或者是高能量的宇宙射線、質量微乎其微的微中子，雖然難以偵測，但它們仍有機會和偵測器產生作用，被偵測器捕獲，進而得到它們存在的證據，但宇宙中有一種物質是完全不甩所有已知的偵測器，天文學家得透過間接的方式獲悉它們的存在，那就是充斥整個宇宙的暗物質（dark matter）。

暗物質不和任何物質起任何作用，除了萬有引力！暗物質透過萬有引力吸引其他物體，如果我們發現某個星系、或星系團會朝一個方向加速移動，但在那個方向卻找不到對應的天體，天文學家就認為在那個方向有暗物質存在。另外還可以透過星星公轉的快慢推測暗物質的存在，在銀河盤面上的星星都會繞著銀河中心公轉，就像太陽系八大行星繞著太陽轉。由於太陽的質量占太陽系總質量的99%以上，所以八大行星都是靠太陽萬有引力的吸引公轉，離太陽愈遠，公轉速度愈小（如圖二）。

從銀河（或其他螺旋星系）的亮度分布來看，銀河中心最亮，表示大部分質量應該集中在中心，愈靠銀河外圍的星星繞銀河中心公轉的速度也應該愈慢，就太陽系一樣。但實際觀測發現，大多數螺旋星系外圍的公轉軌道速度是近乎固定的，並沒有變慢的趨勢（如圖三）。這顯示螺旋星系的四周有一團暗物質暈，並且暗物質暈的質量很大，才可以讓星系外圍的星星公轉速度加快，從星星公轉速度推算這團暗物質暈的質量占星系總質量的九成以上。

宇宙暗物質的存在是無庸置疑，問暗物質是為何物？科學家列出了一堆的可能性，但至今仍無答案，無論如何，暗物質的研究仍將是天文學未來研究的重要課題。