由于一些来历不明的光，宇宙可能比我们想象的更亮！天文学家对黑暗的太空进行成像，结果发现并不像预期的那么暗。请想象一下，你躺在床上，关掉了灯，拉上了遮光窗帘，准备睡个好觉。然而，即使关掉了全部光源，房间里仍然弥漫着一片辉光。这辉光从何而来呢？这就是天文学家发现自己所处的谜团，而他们的“房间”是整个宇宙。
即使在关灯之后——也就是说，考虑到可能影响测量的所有光源——美国航天局（NASA）新视野号探测器上的远程勘测成像仪（Long Range Reconnaissance Imager, LORRI）仍然观测到可见的辉光。
有一些辉光是在预料之中的。与宇宙大爆炸的残余辐射不同，天文学家预期辉光是来自不同光源的背景混合，例如昏暗和遥远的恒星和星系。
由于相机无法单独探测到它们当中最微弱的那些光源，所以这些光就组合形成了河外背景光（extragalactic background light, EBL）。天文学家对发现河外背景光并不感到惊讶——事实上，他们花了几十年的时间寻找它。真正令令人惊讶的是它的亮度。使用远程勘测成像仪，研究人员发现背景辉光是模型预测的两倍。如果这一结果成立，它们最终可能会揭示宇宙中恒星和星系的历史。
一些天文学家发现，在恒星和星系之间的空间中，有一种微妙的辉光，无法用遥远的恒星和星系来解释。这种背景光的来源是什么呢？长期以来，河外背景光一直难以探测，这是因为有很多前景灯需要关闭。其中最亮的是黄道光（zodiacal light），它是由遍布整个内太阳系（木星轨道内）平面的尘埃散射太阳光所造成的。
地球上的观察者肉眼就可以看见黄道光，至少是对于那些身处黑暗天空下的观察者来说是这样的，所以它的亮度远超宇宙中的任何背景辉光也就不足为奇了。
倒不是说天文学家没有试图透过那层明亮的面纱向外窥视。在2002年至2007年间发表的一系列研究论文中，丽贝卡·伯恩斯坦（Rebecca Bernstein，现就职于美国卡内基科学研究所）使用哈勃空间望远镜的数据试图捕捉背景辉光。
然而，最终这些测量只能对河外背景光的亮度给出一个限制范围，并没有实际探测到它。尽管这些发现仍然存在争议，但其他测量工作似乎确实探测到了河外背景光。其中一些来自宇宙红外背景实验（Cosmic Infrared Background Experiment，CIBER），该实验进行了多次探空火箭飞行以测量地球大气层上方的近红外天空。
日本关西学院大学的松浦周二（Shuji Matsuura）及其同事使用宇宙红外背景实验的分光计数据，在2010年和2013年两次飞行中寻找红外波段的河外背景光。他们发现，无论如何模拟黄道光，仍然能找到比预期更多的河外背景光，尽管结果可能还存在较大误差。另一种测量河外背景光的方法有一个令人惊讶的渠道：伽马射线。我们知道这种高能光子与可见光和红外光相互作用，并在此过程中消失。
因此，天文学家所做的是测量来自遥远的明亮伽马射线源的光，这种源被称为耀变体（blazars）。当伽马射线向地球传播时，与路上的可见光和红外光子纠缠在一起。通过估算沿途有多少伽马射线消失了，可以间接测量河外背景光。
寻找背景光的第一步是去除恒星和星系的光。
2015年，新视野号将这台成像仪带到冥王星，并于2019年来到阿罗科斯（Arrokoth，编号为486958的柯伊伯带天体），以便对迷人的外太阳系世界进行成像。然而，美国国家科学基金会下属的国家光学红外天文研究实验室的托德·劳尔（Tod Lauer）、美国空间望远镜科学研究所的马克·波斯特曼（Marc Postman）以及其他人意识到这台相机可以用于不同的目的。
在前往外太阳系的过程中，新视野号探测器和它携带的相机早已飞出了黄道尘的势力范围。这类似于将床头灯从假想的房间里移开，而不是试图将其遮挡在视线之外。
劳尔、波斯特曼和新视野号科学团队的其他成员领导了两项研究，分别是在2021年和2022年，使用选定的远程勘测成像仪图像来寻找河外背景光。而且他们找到了。他们观测的显著性水平超过10西格玛——换句话说，测量结果属于侥幸的可能性几乎为零。
该团队观测到的河外背景光非常明亮，在每球面度每平方米14.9至17.8纳瓦之间（这个单位表示来自天空中每单位面积并落在探测器每单位面积上的功率，以下简称nW/m²/sr）。这一结果大概是微弱、未分辨恒星和星系预期亮度的两倍。
即使没有黄道光的影响，这个计算中也有很多因素可以抵消来自恒星和星系的全部的光。首先，该团队删除了图像中实际探测到的天体。
然后，他们移除了远程勘测成像仪视野外恒星和星系周围昏暗光晕的影响。该团队还减去了银河平面附近尘埃的散射光以及来自光路或相机缺陷的光。剩下的光应该来自微弱的、未分辨的光源，主要是星系。但是根据使用哈勃望远镜观测进行的星系计数，微弱的星系应该只贡献了8 nW/m²/sr的光，只能解释远程勘测成像仪探测到的大约一半的河外背景光。波斯特曼说，他的第一个反应不是发现带来的兴高采烈，而是“我们漏掉了什么？
”研究人员立刻检查了除恒星和星系以外的所有可能的光源。毕竟，波斯特曼补充道，“我们正以一种从未想过的方式使用新视野号上的远程勘测成像仪相机。”
大约在同一时间，美国罗切斯特理工学院的研究生特蕾莎·西蒙斯（Teresa Symons）正在为完成她的博士论文而用远程勘测成像仪数据进行一项独立的研究。
劳尔团队2022年的工作使用了一组16张的目标图像，而西蒙斯从完整的远程勘测成像仪存档中选择数据，共529张图像，其中包括一些质量较差的图像以及一些新视野号仍在途中时拍摄的图像，那时探测器刚刚经过木星轨道。对这些数据的分析非常广泛，花费了数年时间，但是问题并没有解决。最后，西蒙斯的河外背景光团队探测到的亮度甚至比劳尔团队测量的还要亮——为19.4至24.6 nW/m²/sr。
为何利用同一相机的数据进行的两次分析会得出如此不同的结果呢？答案还是尘埃——这次是我们银河系中的尘埃。就像渗透到内太阳系的黄道尘一样，人们发现沿银河平面布满了尘埃，这些尘埃也会散射星光。这种星系漫射光（diffuse galactic light）比黄道光暗得多，与黄道光不同的是，我们不能简单地飞离银河系以躲开它。有许多方法可以估计散射光的亮度，不同方法会给出不同的答案。
西蒙斯和劳尔的团队使用了不同的方法。虽然他们结果的具体数值不完全相同，但是两个团队都发现了他们无法解释的额外背景光。
太空有多黑暗？该图显示了在可见光波长下测量河外背景光尝试的一些代表性例子。令人惊讶的是，最近对新视野号图像的分析显示，总背景光比预期的来自暗弱的、未分辨的恒星和星系要亮。其他直接测量值用灰色方块、菱形和圆圈表示。
同时，一些通过伽马射线观测进行的间接测量发现背景与未分辨源一致，而其他使用较少假设的类似数据模拟的结果具有较大的不确定性。在某些情况下，特别是在黄道光如此明亮的地球附近，无法获得确定的探测值，只有背景亮度限制，这些上限用向下箭头表示。
光从何处来？最容易找到的罪魁祸首可能是暗弱的星系。使用哈勃深场图像，天文学家已经计算了相对于明亮的星系应该有多少个暗弱星系。然而，如果这个数字是错误的呢？
事实上，在2016年，现就职于英国曼彻斯特大学的克里斯托弗·孔塞利切（Christopher Conselice）发现，哈勃望远镜的各种深场实际上并没有找到所有的暗弱星系。然而，距离会影响波长的观测。远程勘测成像仪可以看到在大爆炸后10亿年（即红移小于6）的星系的可见光。但是，很多前面提到的那种哈勃失踪星系都更加遥远。
当光穿过膨胀的宇宙时，会失去能量，向红外波长移动而红化，在可见光波段留下光子数量很少。詹姆斯·韦布太空望远镜（JWST）将能够捕捉到这些遥远的星系，但远程勘测成像仪作为可见光成像仪永远不会看到它们或它们发出的光。
额外光可能来自不那么遥远的暗弱星系。但是当美国亚利桑那州立大学的达比·克雷默（Darby Kramer）尝试验证这种可能性时，她发现即使哈勃望远镜漏掉了一些较近的暗弱星系，这些星系也无法解释为何还是剩下了一些额外光。劳尔承认，仅靠星系很难解决这个问题。他认为一些额外光也可能来自遗落的恒星。当星系碰撞时，恒星是附带损害，有些恒星被扔到星系际空间。也许会有足够的流浪恒星来解释额外的那些背景光。
恒星和星系以外的其他选项就更加奇特了。一些研究团队认为，仍然只存在于理论中的暗物质粒子——轴子或类轴子粒子——可能会衰变成光子，从而对背景光做出贡献。不过，虽然天文学家们不愿意排除这种可能性，但是他们似乎也不急于加入这种特殊的潮流。“它现在在名单上很靠后的位置，”波斯特曼说，“但是它在名单上。”就劳尔而言，他并不主张任何特定的解决方案。他一本正经地问道：“会不会是一只发光的巨型乌贼？
嗯，你知道，也许是这样，我们从来没有去过那里。也许那里有巨型乌贼。”
另一种可能性就是额外光根本不存在。虽然测量在统计意义上是显著的，但并不意味着它是真实的。劳尔和西蒙斯的团队可能都忽略了一些东西。光源这张堆积条形图显示了劳尔及其同事在2022年测量的新视野号视场中各种光源对额外背景光的贡献。在该视场测量到的背景光超过了所有已知的贡献，这意味着一个额外的未知光源（背景光测量值和已知光源预期值的十字标记上下两端的两条短线表示这两个值的可能范围）。
“我敢肯定这是新视野号的某种系统性偏差，”亚利桑那州立大学罗吉尔·温德霍斯特（Rogier Windhorst）说。温德霍斯特运营着一个名为天空冲浪（SKYSURF）的项目，这是对哈勃望远镜观测数据的最大型的研究之一。他与同事一起搜寻了这台标志性的望远镜在过去三十年中拍摄的大量图像，在这些图像上的恒星和星系之间寻找光——在这种情况下是近红外波段的光。哈勃望远镜有一些优点。
一个是研究人员进行处理的图像数量非常多。另一个是它可以分辨大多数背景星系，而不是依赖于模型去计算这些星系会产生多少背景光。然而，它也有明显的缺点。不光是需要透过明亮的黄道光向外窥视，而且哈勃的图像也是出了名的难以定标。“哈勃每天要经历15次日出和15次日落，这简直太可怕了，”温德霍斯特表示。由此产生的热量起伏会在哈勃望远镜的相机中产生错误信号，并且很难消减。
由于望远镜的情况多变，天空冲浪项目只测量了河外背景光的上限，而它们与以前的观测一致——包括来自新视野号的观测。现在，温德霍斯特正在将相同类型的分析应用于詹姆斯·韦布望远镜的观测，由于韦布望远镜的遮阳板，它完全不会经历日出或日落。最新的分析仅基于几个月的观测结果，到目前为止只产生了一个泛泛的上限。更多的图像和对韦布望远镜的校准将有助于最终确定这个上限。
尽管他对此表示怀疑，但是温德霍斯特承认，远程勘测成像仪所处的位置使新视野号科学团队比哈勃望远镜和韦布望远镜更具优势。“它们完全超越了黄道光，这是独一无二的，”他说，“他们正在做一个伟大的实验。”正在调查的就像天文学中许多引人入胜的问题一样，无法解释的太空亮度仍然是一个悬而未决的案例。但是天文学家并没有束手无策。随着新视野号在太阳系之外继续飞行，它的远程勘测成像仪相机仍在拍照。
劳尔等人请求在新视野号的扩展任务中获得有针对性的图像，以帮助他们更好地解释甚至消除银河系尘埃的影响。这些图像还将帮助他们回答新的问题，例如背景辉光本身在整个天空中是否有变化，这反过来又将帮助天文学家了解其起源。詹姆斯·韦布望远镜不仅在测量河外背景光方面，而且在测试暗弱星系图景方面也是希望之星。虽然韦布望远镜看不到可见光，但其敏锐的红外仪器也许能够告诉我们近邻宇宙中暗弱星系是否比预期的更多。
最终，最好的选择可能是定制工具。哈勃、远程勘测成像仪和韦布望远镜都不是专门设计用来探测暗弱的河外背景光的。搭载于星际探测器上的、专门为此而设计的相机会做得更好，尽管这样的探测器可能还需要几十年的时间才会出现。另一个近期的选择是在其他行星际任务上放置一台相机（或使用已有探测计划的相机）。
美国航天局的木卫二快船（Europa Clipper）探测器将于2024年10月发射，目标是木星系统，它将携带类似远程勘测成像仪的可见光相机。它会飞到大部分黄道光之外，将为河外背景光提供新的视角。与此同时，宇宙额外光的奥秘仍是未解之谜。