當我們仰望夜空，看見的星光，很多都是數百、數千年前從恆星表面出發的光。但若我們想看見的是宇宙的第一道光呢？那得把目光投向更加遙遠、更加古老的地方——宇宙誕生後不到 2 億年的那片混沌時空，也就是天文學家所稱的「宇宙黎明（Cosmic Dawn）」。
長久以來，由於技術限制，科學家只能依靠太空望遠鏡來捕捉這段時期的蛛絲馬跡。然而就在今天，天文學家首次透過地面望遠鏡，成功觀測到來自宇宙大爆炸後 130 億年前的第一批恆星所遺留下的偏振微波訊號。這項突破性的成果，不僅刷新了我們觀測宇宙早期的能力，也為揭示宇宙最深層的奧秘打開了一扇全新的大門。
一、什麼是「宇宙黎明」？宇宙的第一場「燈火」
要理解這項研究的意義，我們得先回到宇宙的起點。約莫 138 億年前，宇宙從一場劇烈的大爆炸中誕生。最初的宇宙充滿了炙熱濃密的電子與質子，光無法自由穿越，整個世界宛如一片黑暗的海洋。
隨著時間推移，宇宙膨脹、溫度下降，約在大爆炸後 38 萬年，電子與質子終於結合成中性的氫原子，光終於得以在宇宙中暢行無阻。這個時期留下的餘輝，就是我們今天所說的「宇宙微波背景輻射（CMB）」——宇宙的第一張「照片」。
但真正的故事才剛開始。
在大爆炸後約 1 億至 2 億年之間，引力開始將氫原子拉聚成團，最終誕生了宇宙中的第一批恆星。它們的誕生不僅點亮了黑暗，也標誌著「宇宙黎明」的來臨。這些早期恆星所釋放的紫外線，開始將周圍的中性氫再次電離，這個過程稱為「宇宙再電離時期（Epoch of Reionization）」。
而這次科學家所觀測到的，正是這段過渡時期中，恆星對宇宙微波背景光子產生的極微弱影響——偏振訊號。
二、技術突破：地面望遠鏡首次「聽見」宇宙初光
傳統上，這類極其微弱的訊號只能透過部署在太空中的望遠鏡觀測，例如 NASA 的 WMAP 和 ESA 的 普朗克衛星。因為在地球表面，我們必須與各種干擾作戰：
- 📡 地球上的無線電頻率干擾（如 Wi-Fi、廣播、雷達）
- ☁️ 大氣層變動造成的訊號扭曲
- 🌡️ 溫度波動導致的設備誤差
然而，美國約翰霍普金斯大學的研究團隊打破了這項技術天花板。他們使用的，是由美國國家科學基金會（NSF）資助的 CLASS（Cosmology Large Angular Scale Surveyor）望遠鏡陣列，位於智利北部海拔 5,200 公尺的阿塔卡瑪沙漠中，這裡乾燥寒冷、光害極低，是地球上最接近太空環境的地點之一。
CLASS 望遠鏡具備特殊設計的偏振敏感接收器，能夠濾除干擾並精準捕捉來自早期宇宙的微弱偏振微波。研究團隊透過與 WMAP 和普朗克數據交叉比對，有效消除了背景雜訊，最終從一片混沌中「提煉」出了屬於宇宙黎明的信號。
主持此項研究的物理與天文學教授 Tobias Marriage 表示：
「人們曾經認為這不可能由地面望遠鏡完成。這是技術上的重大突破，我們跨越了過去認為的『不可能』界線。」
三、解讀「偏振」：宇宙的第一道眩光
那麼，所謂的「偏振微波」訊號，究竟是什麼？
簡單來說，當光波在宇宙中穿梭時，如果撞擊到電子或其他粒子，就可能會像打水漂一樣改變行進方向，這個現象稱為「散射」。而當光波發生散射時，其震盪方向也會傾斜——這就是所謂的「偏振」。
為了幫助大家理解，研究報告的共同作者、博士生 李雲煬（Yunyang Li） 舉了一個絕妙的例子：
「就像你站在陽光下，看著汽車引擎蓋反射的刺眼光芒。這種眩光就是偏振光。如果你戴上偏光眼鏡，就可以濾掉這些惱人的反光，看得更清楚。」
在本次研究中，科學家正是透過這種原理，「戴上宇宙版的偏光眼鏡」，從背景雜訊中辨識出早期恆星對宇宙微波背景光線所造成的微妙影響。這些訊號猶如宇宙黎明時分的「第一道曙光」，雖然微弱，卻蘊含著無比珍貴的歷史訊息。
四、研究意義：重新檢視宇宙初期的物理法則
這項發現的價值，遠不止於「我們看到了更早的宇宙」這麼簡單。它還將幫助科學家：
✅ 更準確地校準宇宙微波背景輻射的測量結果
✅ 驗證標準宇宙模型（ΛCDM model）中的關鍵參數✅ 探索暗物質與中微子的性質與分佈✅ 理解第一批恆星的形成機制與演化過程
例如，研究人員可藉由觀察偏振訊號的強度與角度分佈，來推斷當時宇宙中中性氫的分布狀況，以及第一批恆星釋放的能量如何改變這片原始雲霧。
曾主導 WMAP 計畫的教授 Charles Bennett 表示：
「宇宙對我們來說就像一座物理實驗室。我們每一次更精確的測量，都是在為宇宙學的基礎理論添磚加瓦。」
未來隨著 CLASS 望遠鏡持續收集資料，科學家有望揭開更多宇宙早期的神秘面紗，甚至挑戰現有理論的邊界。
五、結語：從微弱偏振中，窺見萬物起源的光芒
這次的成果，不僅是技術上的里程碑，更是人類探索宇宙歷史的一大步。當我們凝視那些來自 130 億年前的微弱偏振訊號時，我們實際上是在聆聽宇宙自身的「記憶」——那個還沒有星系、沒有行星，只有氫氣、光與時間的混沌年代。
正如 Tobias Marriage 教授所言：
「這是我們第一次從地面望遠鏡中，聽見宇宙黎明留下的耳語。」
或許在不久的將來，透過更多像 CLASS 這樣的設備，我們將能完整拼湊出宇宙從黑暗走向光明的壯麗篇章，並在那些數據與曲線之間，找到我們存在最原始的答案。
