太空望遠鏡探索整個(gè)宇宙以了解暗物質(zhì)和暗能量

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近日，歐洲航天局（ESA）的Euclid任務(wù)啟動(dòng)：這是一臺旨在揭開(kāi)暗物質(zhì)和暗能量奧秘的太空望遠鏡。這艘2.2噸重的航天器和1.2米長(cháng)的望遠鏡由SpaceX公司Falcon 9火箭送入太空，目前正在前往繞太陽(yáng)軌道的途中。

該任務(wù)原定于使用俄羅斯聯(lián)盟號火箭從法屬圭亞那的歐洲航天港****，但在俄羅斯入侵烏克蘭后，歐空局與俄羅斯的合作暫停。因此，該望遠鏡從佛羅里達州卡納維拉爾角空軍基地****，于美國東部時(shí)間7月1日星期六上午12:11升空。

該望遠鏡正朝著(zhù)一個(gè)名為L(cháng)2的軌道前進(jìn)，這是第二個(gè)拉格朗日點(diǎn)，與詹姆斯·韋伯太空望遠鏡和其他太空望遠鏡使用的軌道相同。這條軌道提供了很高的穩定性，這對于像Euclid這樣旨在收集極其詳細的宇宙觀(guān)測結果的任務(wù)來(lái)說(shuō)尤其重要。

Euclid應該在四周內到達L2，然后在10月初左右開(kāi)始科學(xué)觀(guān)測之前進(jìn)行兩個(gè)月的準備工作。

Image: ESA

Euclid將對宇宙進(jìn)行廣泛和深入的調查，將圖像拼接在一起，創(chuàng )建一張宇宙地圖，以幫助了解兩個(gè)神秘的概念：暗物質(zhì)和暗能量，暗物質(zhì)約占宇宙的27%，暗能量占宇宙的68%。我們能觀(guān)察到的每一個(gè)原子、分子和物質(zhì)組成了剩下的5%，即普通物質(zhì)或重子物質(zhì)。

我們知道，由于星系的運動(dòng)和宇宙膨脹的方式，暗物質(zhì)和暗能量一定存在。然而，它們極難研究，因為暗物質(zhì)不與光相互作用，而暗能量是一種未知的能量形式。因此，為了找到它們的證據，我們需要進(jìn)行大規模的研究。

歐空局Euclid項目經(jīng)理Giuseppe Racca在新聞發(fā)布會(huì )上解釋道：“如果你想研究宇宙學(xué)并觀(guān)察整個(gè)宇宙，你需要進(jìn)行一次大規模的調查。Euclid特別設計了一臺廣角望遠鏡，可以在很短的時(shí)間內覆蓋大部分宇宙?！?/p>

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Euclid望遠鏡將在六年的任務(wù)中觀(guān)測36%的天空，為了觀(guān)測如此大的區域，該望遠鏡的視野非常寬。這是指通過(guò)望遠鏡可以觀(guān)察到的天空的數量，在此情況下，視野是月球大小的2.5倍。

與哈勃太空望遠鏡相比，哈勃太空望遠鏡的視場(chǎng)只有月球的1/12大。哈勃望遠鏡可以對星系或星云等物體進(jìn)行非常詳細的成像，但哈勃望遠鏡需要大約1000年的時(shí)間才能觀(guān)測到與Euclid相當的天空區域。

如果你想知道為什么Euclid只會(huì )測量三分之一以上的天空，那是因為在天空的其他區域不可能看到遙遠的星系，因為這些遙遠的物體被我們銀河系內較近的恒星和塵埃阻擋。

Euclid將有兩種儀器：VISible儀器或VIS，在可見(jiàn)光波長(cháng)下工作，以及近紅外光譜儀和光度計或NISP，在近紅外波長(cháng)下工作。覆蓋這兩個(gè)波長(cháng)可以讓研究人員看到紅移的星系，這意味著(zhù)因為它們正在遠離我們，所以來(lái)自它們的光會(huì )向光譜的紅端移動(dòng)。

通過(guò)結合這兩種儀器的觀(guān)測結果，Euclid觀(guān)測結果可以用來(lái)創(chuàng )建一張顯示宇宙中可見(jiàn)物質(zhì)分布的3D地圖。

暗物質(zhì)是看不見(jiàn)的——這就是為什么研究它如此困難的原因。它不能直接觀(guān)察到，但可以通過(guò)觀(guān)察我們所看到的物質(zhì)的分布來(lái)推斷它的存在。

Image: ESA

Euclid項目科學(xué)家René Laureijs解釋道：“暗能量和暗物質(zhì)通過(guò)它們對可見(jiàn)宇宙中物體外觀(guān)的細微變化來(lái)揭示自己?！?/p>

Euclid研究暗能量和暗物質(zhì)的兩種主要方法是弱透鏡和星系團。使用兩種方法檢查同一件事可以讓研究人員相互對照他們的結果，希望能得出更準確的結果。引力透鏡是一種效應，星系或星系團等非常大的物體的引力扭曲時(shí)空，就像放大鏡一樣，改變來(lái)自前景物體后面遠處物體的光。

Image: ESA

通過(guò)觀(guān)察這種透鏡效應的強度，科學(xué)家可以計算出前景物體的質(zhì)量，并將計算出的質(zhì)量與前景星系中可見(jiàn)物質(zhì)的質(zhì)量進(jìn)行比較。如果計算的質(zhì)量和觀(guān)測到的質(zhì)量之間有很大的差異，這表明前景中存在大量的暗物質(zhì)。

另一種效應，星系團，是指星系如何在宇宙的三維空間中分布。隨著(zhù)宇宙的膨脹，星系正在遠離我們，從而導致紅移?？茖W(xué)家可以使用一種稱(chēng)為重子聲學(xué)振蕩的現象將與星系的實(shí)際距離與其紅移進(jìn)行比較，這可以顯示宇宙膨脹的速度——這與暗能量直接相關(guān)。

綜合起來(lái)，這些方法應該有助于宇宙學(xué)家比以往任何時(shí)候都更多地了解暗物質(zhì)和暗能量。為了收集數據，Euclid將在其任務(wù)過(guò)程中從120億個(gè)物體上拍攝大約100萬(wàn)張圖像。這將使我們離探測和研究這些難以捉摸的現象以及了解我們周?chē)钪娴慕M成又近了一步。

“它不僅僅是一臺太空望遠鏡，”Laureijs說(shuō)，“它實(shí)際上是一個(gè)暗能量探測器?！?/p>

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