当我们抬头望星，看到的是一幅平面画卷。但天文学家的野心远不止于此：他们想知道每一颗光点离我们有多远，想知道星系在三维空间里如何排列，更想知道这种排列方式在百亿年光阴中经历了怎样的变迁。红移巡天，正是实现这一野心的核心手段。它通过测量天体光谱中谱线向红端移动的量，将二维天图拉伸为三维宇宙地图，让人类得以用观测数据书写宇宙的膨胀史与结构生长史。
红移：一把度量宇宙的尺子
红移的本质并不复杂。当光源远离观测者时，其发出的光波被拉长，频率降低，在光谱上表现为特征谱线向长波方向偏移。在宇宙学尺度上，这种偏移主要源于空间本身的膨胀：光在传播途中，宇宙已经变得更大了，光的波长也随之被拉长。红移值 (z) 越大，意味着天体发出的光越古老，它所在的位置也越遥远。
这一物理事实赋予了红移巡天独特的价值。光度测量只能告诉我们天体“看起来多亮”，而亮度同时取决于天体的内禀光度和距离，两者难以分离。红移则提供了一种相对干净的距離指示：只要测得了光谱，就能把星系按距离排序，进而绘制出真实的三维分布。自二十世纪七十年代起，红移巡天从最初数千个星系的小样本，逐步扩展到数十万、数百万量级，再到如今数千万级别的规模，宇宙的大尺度结构正是在这一过程中逐渐显影的。
从斯隆到DESI：巡天规模的跃迁
在红移巡天的谱系中，斯隆数字巡天（SDSS）占据着承前启后的位置。它不仅在星系成团性测量上给出了系统性的结果，还通过红蓝星系的对比揭示了星系属性与大尺度环境之间的关联。SDSS 的星系红移巡天样本让天文学家首次能够在统计上可靠地测量真实空间相关函数，并观察到红星系比蓝星系成团性更强、速度弥散更大等规律。这些发现为后续的宇宙学建模提供了坚实的观测基底。
而将红移巡天推向新量级的，是正在运行的暗能量光谱巡天（DESI）。DESI 安装在基特峰国家天文台的梅奥尔四米望远镜上，配备了可同时观测五千个天体光谱的光纤系统。在五年任务周期内，DESI 计划获取约三千万个星系和类星体的光谱，覆盖三分之一的夜空，最远探测到一百一十亿年前的光。仅前三年观测，DESI 已累计约一千五百万个天体，其河外天体数量达到此前所有光谱巡天项目总和的两倍以上。
DESI 的核心科学目标直指暗能量。它利用重子声波振荡（BAO）作为“标准尺”：宇宙早期声波在物质分布中留下的特征尺度约为五亿光年，通过测量不同红移处这一尺度的视角大小，可以精确推算宇宙膨胀速率的历史变化。这相当于在不同宇宙年龄处设置了一系列里程碑，让人类能够回溯膨胀的轨迹。
暗能量的裂缝与类星体的灯塔
红移巡天的威力不仅在于绘制地图，更在于它能检验那些关于宇宙命运的根本假设。DESI 首年数据结合宇宙微波背景、超新星和弱引力透镜的联合分析显示，暗能量可能并非一个严格不变的“宇宙学常数”，而是随时间演化的成分。现行标准宇宙学模型难以完全解释所有观测结果，而允许暗能量演化的模型与数据的吻合度更高。这一迹象如果被完整五年数据证实，将意味着人类对宇宙加速膨胀的理解需要重大修正。
与此同时，红移巡天也在向更遥远的宇宙边缘推进。欧洲空间局的欧几里得望远镜在2026年报告了一次性发现三十一个古老类星体的成果，其中十四个红移达到或超过七，两个最遥远的类星体红移分别为7.69和7.77，对应宇宙诞生后约六点七亿年时的光。类星体是早期宇宙中极为明亮且稀有的灯塔，它们的光穿越了百亿余年才抵达我们。值得注意的是，过去十余年全球天文学家累计发现的红移七以上类星体仅约十个，而欧几里得仅用一年便远超此数。这些高红移类星体不仅是红移巡天的目标，也为研究早期宇宙中超大质量黑洞的形成与增长提供了直接线索。
红移巡天揭示的，不止是距离
把红移巡天的成果仅仅理解为“知道了星系有多远”，是对这项工作的低估。三维地图一旦建立，宇宙大尺度结构的图案便浮现出来：星系并非均匀散布，而是聚集成丝状结构、节点和巨大的空洞。这些图案的统计特征中，编码着暗物质的分布、引力的作用方式、以及宇宙膨胀的历史。红移巡天之所以成为现代宇宙学的支柱，正因为它把不可见的物理过程转化为可测量的空间分布。
从技术层面看，光谱红移的获取仍然是“昂贵”的：每一根光纤、每一次曝光、每一条谱线的认证，都需要大量观测资源。但正是这种“昂贵”换来了确定性。测光红移虽然能以更低成本估计海量天体的距离，但其精度和可靠性无法与光谱红移相比。红移巡天的价值，恰恰在于它提供了宇宙学分析所需的、经得起检验的距离标尺。
当 DESI 计划在2028年将天空覆盖范围扩展至约百分之四十，当欧几里得继续扫描近红外波段中那些被地球大气遮蔽的古老光芒，红移巡天正在把宇宙的历史从理论推演转变为可观测、可验证的实证科学。每一根谱线向红端的偏移，都是宇宙膨胀留下的一行注脚；而把这些注脚连缀起来，便是一部尚未写完的宇宙编年史。
相关问题与回答
问：红移巡天和普通的天文拍照观测有什么本质区别？
答：普通拍照（成像观测）记录的是天体在二维天球上的位置和亮度，无法直接区分一个暗弱天体是本身很暗且距离近，还是本身极亮且距离极远。红移巡天通过光谱测量获得天体的红移值，从而推算出距离，将二维分布转化为三维空间分布。没有红移信息，宇宙的大尺度结构就无法被真正“看见”。
问：为什么红移巡天对研究暗能量如此重要？
答：暗能量驱动宇宙加速膨胀，但其性质无法在实验室中直接探测。红移巡天通过测量不同宇宙年龄处星系成团性的特征尺度（如重子声波振荡），可以重建膨胀速率随时间的变化历史。这相当于从观测上约束暗能量的状态方程，判断它究竟是恒定不变的常数还是随时间演化的场。
问：DESI 的“宇宙三维地图”到底有多大？
答：DESI 的五年巡天计划覆盖约三分之一的夜空，目标获取约三千万个星系和类星体的光谱，最远探测到一百一十亿年前的天体。前三年已观测约一千五百万个天体，河外天体数量是此前所有光谱巡天总和的两倍以上。最终累积的数据量将达到数千万星系与类星体级别，远超以往任何红移巡天。
问：高红移类星体为什么难找？
答：红移七以上的类星体发出的紫外光在宇宙膨胀作用下被拉伸到近红外波段，信号微弱且容易与银河系及邻近星系中的恒星混淆。地球大气在近红外波段本身有较强的背景辐射，地面观测尤为困难。欧几里得空间望远镜位于大气层之外，避开了这一干扰，并借助大视场巡天和机器学习筛选，才在短时间内大幅增加了高红移类星体的样本数。
问：红移巡天测得的“距离”和我们日常理解的距离是一回事吗？
答：不完全是。宇宙学红移对应的距离涉及空间膨胀，不同测量方式（如角直径距离、光度距离）在广义相对论框架下有不同的定义。红移巡天通常将红移作为距离的代理，再通过特定的宇宙学模型将其转换为共动距离或光行距离。在描述“光走了多久”时，更准确的说法是“光行时间”或“回溯时间”，而非简单的欧几里得空间距离。
问：中国在红移巡天领域有参与吗？
答：有。中国科学院国家天文台团队参与了 DESI 项目的科学运行，在数据释放中贡献了增值星表，并有研究人员牵头暗能量动力学性质的相关分析。此外，郭守敬望远镜（LAMOST）作为大规模光谱巡天设施，虽然主要聚焦银河系及近邻宇宙，但其积累的光谱技术和经验也为相关科学领域提供了支撑。