一张椭圆形的图，铺满蓝、绿、黄、红色的小斑块。它经常被称为宇宙的“婴儿照”。
要读懂它，可以先抓住两件事：椭圆上的位置代表天空方向，颜色代表这些方向上极细小的温度差。图中保存的，是宇宙很年轻时留下的辐射信息。
宇宙曾经热得让光走不远
今天的宇宙年龄约为138亿年。把膨胀中的宇宙向过去追溯，早期的物质与辐射更热、更密。
在很早的阶段，大量自由电子会不断散射光子。光虽然存在，却很难一路穿行。随着宇宙膨胀、冷却，电子与原子核逐渐结合成中性原子，散射的阻碍显著减小，光子便有机会长距离自由传播。
这段转变发生在大爆炸之后约38万年，温度约为3000K。今天探测到的宇宙微波背景，正携带着这一时期的信息。[1]
所以，“第一缕光”是帮助记忆的说法。更准确地理解，它是从早期不透明宇宙中解脱出来、能够远行至今的遗光；并不是说在此之前根本没有光子，也不是拍到了大爆炸发生的零时刻。
从约3000K，到今天的2.7K
宇宙继续膨胀，光的波长也随之被拉长，这就是宇宙学红移。光子能量降低，整套辐射的光谱也向更长波长移动。
“黑体温度”描述的是辐射光谱对应的温度。早期热平衡留下的光谱非常接近黑体谱；膨胀把它从高温的形状，整体拉伸为今天约2.725K的低温光谱，最显著的能量分布已经落到微波范围。
这不是拿温度计去给今天的星星、空气或某个宇宙外壳测温。我们测到的是一整套辐射的光谱形状；也不能把今天的2.7K，误读成38万年时的宇宙只有2.7K。[1]
先有预言，后来才捕捉到遗光
上世纪中叶，宇宙模型之间存在争论。霍伊尔等人主张的稳恒态模型，与具有高温、致密早期阶段的热大爆炸模型，对宇宙历史的理解不同。
伽莫夫及合作者研究早期热宇宙时，遗迹辐射成为重要线索。阿尔弗与赫尔曼进一步估算，今天应存在温度为几开尔文的背景，常见的早期估值约为5K。这个数值不是今天的精密测量，而是在观测之前提出、能够受到检验的预言。[2]
1965年，彭齐亚斯与威尔逊在低噪声天线中发现了来自各个方向的额外背景信号。这样一种遍布天空的微波辐射，为早期热宇宙提供了关键证据。[3]
从“宇宙可能留下什么”，到“仪器实际收到了什么”，模型开始有了可以相互较量的观测依据。
椭圆形，来自把整个天空摊开
站在观测者的位置，天空方向组成一个球面。探测器长期扫描不同方向，再把球面数据投影到平面，就得到常见的椭圆形全天图。
下图采用Mollweide投影，使用银道坐标，中心附近对应银河系中心的方向。椭圆的边界是投影的边界；它并不表示宇宙本身长成了一个扁椭圆。[4]
这张图来自九年观测数据的组合处理。多频段观测用于尽量分离银河系等前景发射，随后才更清楚地显出背景中的细微结构。[5]
微波本来就不是肉眼可见光，红蓝等颜色是为了呈现数据而赋予的。这样的“合成”有明确的观测与处理过程，和随意给宇宙涂上一片彩色纹理，是两回事。
红蓝这么鲜艳，真实温差却极小
图中较冷与较热的颜色，表示相对平均背景温度的偏差。它放大了很微弱的差别，便于观察。
NASA举过一个直观例子：一处天空方向约为2.7251K，另一处约为2.7249K。两者只差0.0002K，也就是200微开尔文。相对于约2.7K的背景，这已经是很小的变化。[4]
常说的“十万分之一量级”，指的是典型温度涨落相对平均温度的比例ΔT/T，不能直接写成“全天最红和最蓝处最多只差10⁻⁵K”。比例与有单位的温差，是不同的量；具体图像还要看色标、角尺度与数据处理。
上图的显示范围是±200微开尔文，即±0.0002K。强烈的颜色对比与极小的实际温差可以同时成立：背景在整体上非常均匀，局部仍有可测的涨落。
为什么需要一代代更精细的观测
| 任务 | 发射时间 | 在这段观测史中的作用 |
|---|---|---|
| COBE | 1989年 | 精密测量背景光谱，并在较大的天空角尺度上发现细小温差 |
| WMAP | 2001年 | 以更高灵敏度和角分辨率细化全天温差图 |
| Planck | 2009年 | 通过更宽频率覆盖与更高精度，进一步分离前景、研究细节 |
分辨率提高，意味着能区分更小角尺度上的结构；灵敏度提高，则帮助辨别更微弱的信号。它们使宇宙学逐渐能够比较一组精密参数，而不只判断“天上有没有背景辐射”。[6]
Planck已在2013年10月结束运行，其数据仍被持续研究。任务结束与科学分析结束，并不是同一个时间点。[7]
几乎一样的温度，与并非完全一样的宇宙
这张图同时抛出了两个问题：相隔很远的天空方向，为什么平均温度如此接近？在如此均匀的背景上，又为什么存在一点点差异？
暴胀是解释这些特征的重要理论框架。它设想宇宙极早期经历过一段极迅速的膨胀，使原本能够相互关联的区域，被拉伸到今天看来非常遥远的范围。早期微小的量子涨落，也可能在这个过程中被放大到宇宙学尺度。
背景辐射的统计特征与许多暴胀模型的预言相容，但暴胀的具体物理机制仍是研究问题。观测支持一种解释，与已经逐项确定所有机制，含义不同。[1]
早期微小的不均匀，随后在引力等作用下成长，成为理解星系、星系团等大尺度结构的线索。于是，那张看似杂乱的彩色椭圆图，连接起了早期宇宙的微小起伏，与今天能够看见的宏大结构。