2023年7月1日,欧空局(ESA)的“欧几里得”望远镜发射升空,开启探测宇宙暗能量和暗物质的旅程。
这架耗资14亿美元,以古希腊数学家、几何之父欧几里得(Euclid)命名的近红外空间望远镜,又或者说暗能量探测器,被装载于SpaceX公司的猎鹰9号火箭货舱里,从美国佛罗里达发射上天。
猎鹰9号火箭上的欧几里得
进入太空后,欧几里得会脱离火箭,然后独自飞行1个月,抵达距地球近150万公里、位于太阳轨道上的目的地——日地拉格朗日L2点(詹姆斯·韦布空间望远镜也运行于此处)。
1772年数学家拉格朗日推导证明,L2点处的卫星受太阳、地球两大天体引力作用,能保持相对静止。
在那里,欧几里得将以跨越银河系的广阔视野,观察距地球100亿光年之远的星系,探索“暗宇宙”的演化,绘制“宇宙地图”。预计任务将持续至少6年。
欧几里得1天,哈勃25年
根据天文学家的说法,神秘的暗物质和暗能量占已知宇宙的95%(我们只能看见5%),而欧几里得对暗宇宙的洞察,将改变天体物理学,甚至改变我们对重力本质的理解。
欧几里得项目由ESA主导,NASA提供资金和技术支持,另有其他航天公司及科研团队深度参与研发。据称,共有来自全球多国的2000多名科学家为打造欧几里得而献力。
探测器重达2吨,搭载的望远镜主镜直径达1.2米,此外,有一台可见光相机(VIS)与一台近红外光谱仪和光度计(NISP)。
VIS由伦敦大学学院的团队开发,它在一天内观测到的宇宙范围将比哈勃望远镜在25年里看到的还大;NISP由NASA提供,能测量星系的红外光强度和光谱,从而精准确定其距离。
欧几里得望远镜结构图示
黑暗力量,黑暗时代
虽然暗物质和暗能量都看不见,但天文学家知道,只要能揭示暗物质对星系施加的引力,就能推断出暗物质的存在,“看见”暗能量在宇宙加速膨胀中发挥的作用。
揭示暗物质存在的一种方式是利用弱引力透镜效应:遥远星系发出的光在抵达望远镜途中,会遭遇暗物质的引力并被弯曲,因此我们看到的星系形状会有微弱的扭曲。
通过分析星系在不同时间和距离上的扭曲,科学家可以推断暗物质潜伏于何处,以及暗能量如何塑造宇宙网的演化。
早在1920年代,天文学家就已知晓宇宙膨胀;但直到90年代,科学家才发现宇宙加速膨胀的证据。学者提出:暗能量是种神秘的反重力力量,在过去60亿年里不断增强,导致星系以不断加快的速度远离彼此。
眼下,星系两两之间的标准距离为4.9亿光年,但从宇宙历史的尺度观察,星系间距会随时间推移而变大。
为更深入了解暗物质和暗能量本质,欧几里得项目的科学家将测量数百万个星系的距离,研究它们在太空中的分布,解析星系可见形状的微弱扭曲,揭示“黑暗力量”对空间的影响。
扭曲的星系形状
在我们所见的寰宇内,物质由原子构成,而暗物质被认为由某种几乎不与正常物质相互作用的神奇粒子组成。世界各地的探测器都在寻找这种神秘物质,但到目前为止,所有探寻都一无所获。
欧几里得望远镜的精准测量有望帮助科学家确定,在众多暗物质和暗能量理论中,哪一个最有效地描述了现实。
伦敦大学学院天体物理学教授、主导研发了可见光相机的马克·克罗珀(Mark Cropper)教授表示:“2023年的我们还不知道宇宙绝大部分由什么构成。我们有很多理论,但没有数据,所以很难取得实质进展。这个领域仍处于黑暗时代。”
资料来源:
Euclid telescope lifts off in search of the secrets of dark universe
Euclid telescope prepares for voyage to create largest 3D map of the cosmos
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