太空望遠(yuǎn)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：這是一臺旨在揭開暗物質(zhì)和暗能量奧秘的太空望遠(yuǎn)鏡。這艘2.2噸重的航天器和1.2米長的望遠(yuǎn)鏡由SpaceX公司Falcon 9火箭送入太空，目前正在前往繞太陽軌道的途中。

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(yuǎn)鏡從佛羅里達(dá)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(yuǎn)鏡正朝著一個(gè)名為L2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(yuǎn)鏡和其他太空望遠(yuǎn)鏡使用的軌道相同。這條軌道提供了很高的穩(wěn)定性，這對于像Euclid這樣旨在收集極其詳細(xì)的宇宙觀測結(jié)果的任務(wù)來說尤其重要。

Euclid應(yīng)該在四周內(nèi)到達(dá)L2，然后在10月初左右開始科學(xué)觀測之前進(jìn)行兩個(gè)月的準(zhǔn)備工作。

Image: ESA

Euclid將對宇宙進(jìn)行廣泛和深入的調(diào)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(yùn)動和宇宙膨脹的方式，暗物質(zhì)和暗能量一定存在。然而，它們極難研究，因?yàn)榘滴镔|(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(jù)，我們需要進(jìn)行大規(guī)模的研究。

歐空局Euclid項(xiàng)目經(jīng)理Giuseppe Racca在新聞發(fā)布會上解釋道：“如果你想研究宇宙學(xué)并觀察整個(gè)宇宙，你需要進(jìn)行一次大規(guī)模的調(diào)查。Euclid特別設(shè)計(jì)了一臺廣角望遠(yuǎn)鏡，可以在很短的時(shí)間內(nèi)覆蓋大部分宇宙?！?/p>

Image: ESA

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

與哈勃太空望遠(yuǎn)鏡相比，哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的視場只有月球的1/12大。哈勃望遠(yuǎn)鏡可以對星系或星云等物體進(jìn)行非常詳細(xì)的成像，但哈勃望遠(yuǎn)鏡需要大約1000年的時(shí)間才能觀測到與Euclid相當(dāng)?shù)奶炜諈^(qū)域。

如果你想知道為什么Euclid只會測量三分之一以上的天空，那是因?yàn)樵谔炜盏钠渌麉^(qū)域不可能看到遙遠(yuǎn)的星系，因?yàn)檫@些遙遠(yuǎn)的物體被我們銀河系內(nèi)較近的恒星和塵埃阻擋。

Euclid將有兩種儀器：VISible儀器或VIS，在可見光波長下工作，以及近紅外光譜儀和光度計(jì)或NISP，在近紅外波長下工作。覆蓋這兩個(gè)波長可以讓研究人員看到紅移的星系，這意味著因?yàn)樗鼈冋谶h(yuǎn)離我們，所以來自它們的光會向光譜的紅端移動。

通過結(jié)合這兩種儀器的觀測結(jié)果，Euclid觀測結(jié)果可以用來創(chuàng)建一張顯示宇宙中可見物質(zhì)分布的3D地圖。

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

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Euclid項(xiàng)目科學(xué)家René Laureijs解釋道：“暗能量和暗物質(zhì)通過它們對可見宇宙中物體外觀的細(xì)微變化來揭示自己?！?/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(tuán)。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(jié)果，希望能得出更準(zhǔn)確的結(jié)果。引力透鏡是一種效應(yīng)，星系或星系團(tuán)等非常大的物體的引力扭曲時(shí)空，就像放大鏡一樣，改變來自前景物體后面遠(yuǎn)處物體的光。

Image: ESA

通過觀察這種透鏡效應(yīng)的強(qiáng)度，科學(xué)家可以計(jì)算出前景物體的質(zhì)量，并將計(jì)算出的質(zhì)量與前景星系中可見物質(zhì)的質(zhì)量進(jìn)行比較。如果計(jì)算的質(zhì)量和觀測到的質(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(yīng)，星系團(tuán)，是指星系如何在宇宙的三維空間中分布。隨著宇宙的膨脹，星系正在遠(yuǎn)離我們，從而導(dǎo)致紅移。科學(xué)家可以使用一種稱為重子聲學(xué)振蕩的現(xiàn)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，這些方法應(yīng)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(shù)據(jù)，Euclid將在其任務(wù)過程中從120億個(gè)物體上拍攝大約100萬張圖像。這將使我們離探測和研究這些難以捉摸的現(xiàn)象以及了解我們周圍宇宙的組成又近了一步。

“它不僅僅是一臺太空望遠(yuǎn)鏡，”Laureijs說，“它實(shí)際上是一個(gè)暗能量探測器。”