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進入“黑暗宇宙” 歐幾里得會發現什么?|世界微頭條

2023-07-05 07:12:42來源：南方都市報

歐幾里得太空望遠鏡　　尺寸　　高4.7米、寬3.5米，口徑1.2米　　　　配備　　可見光成像儀(VIS) 　　近紅外光譜儀和光度計(NISP)　　　　任務　　創建迄今最大、最精確的宇宙3D地圖

歐洲航天局提供的照片顯示，工作人員6月29日為歐幾里得太空望遠鏡升空做準備。

歐洲航天局(ESA)主導研發的太空望遠鏡7月1日從美國佛羅里達州發射升空，開啟其探索宇宙暗物質和暗能量的任務。該望遠鏡以古希臘數學家歐幾里得的名字命名。科學家希望揭示暗物質和暗能量的本質，以幫助人類了解我們生活的宇宙。

(相關資料圖)

還需要飛行1個月時間

運行過程與韋伯望遠鏡相似　　

美國東部時間7月1日11時12分(北京時間1日23時12分)，歐幾里得搭乘美國太空探索技術公司(Sapce　X)“獵鷹9”火箭從佛羅里達州卡納維拉爾角空軍基地升空。隨后，歐幾里得與火箭成功分離。歐洲航天局確認，已通過位于澳大利亞的地面站接收到來自歐幾里得的信號。

據法新社報道，耗資14億歐元(約合110.8億元人民幣)打造的歐幾里得將飛往日地之間的拉格朗日L2點，距離地球160萬公里，預計還需要飛行1個月時間。到達預定軌道之后，研究人員還需要花2個月時間測試和校準儀器。這一過程和美國國家航空航天局(NASA)于2021年發射的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡相似。

雖然歐幾里得探測任務主要是歐洲航天局的項目，但美國航天局也為該任務提供了大量的科研和工程投入。　　

通過近紅外光波長觀測

將創建最大的宇宙3D地圖　　

歐洲航天局表示，歐幾里得任務旨在探索宇宙兩大神秘組成部分——暗物質和暗能量，以幫助了解宇宙的構成。這座望遠鏡高4.7米、寬3.5米，配備兩臺科學儀器。望遠鏡的口徑為1.2米，它主要通過近紅外光波長觀測宇宙。

歐幾里得將觀測100億光年范圍內的十幾億個星系，而NASA預計在2027年發射的南希·格蕾絲·羅曼太空望遠鏡將在紅外波長下觀測宇宙，它們將共同創建迄今最大、最精確的宇宙3D地圖。

這一詳細地圖包含星系形狀、位置和運動狀況等信息，將揭示宇宙物質分布以及宇宙演變過程，以幫助天文學家推斷宇宙暗能量和暗物質的屬性，增加人類對重力作用以及宇宙本質的了解。

歐洲航天局科學主任卡蘿爾·芒德爾說，揭示暗物質和暗能量的本質以及它們在宇宙構造中扮演的角色能夠幫助人類了解我們生活的宇宙。

追問

望遠鏡為什么以“幾何之父”命名?

歐幾里德太空望遠鏡是以“幾何之父”、古希臘著名數學家歐幾里德的名字命名的，旨在研究所謂的“黑暗宇宙”。這就是科學家們如何看待宇宙中更神秘的成分，即暗物質和暗能量。為了做到這一點，這個尖端任務將會運用一些由數學家歐幾里得創立的幾何學原理。

歐幾里得生于公元前4世紀，他所創作的《幾何原本》被廣泛認為是歷史上最成功的教科書。直到今天，《幾何原本》仍然是世界多數國家的學校必修課，從小學到中學，再到現代高等教育學科，都有他所創作的定律、理論和公式應用。

而歐幾里得太空望遠鏡要做的大部分任務依賴于幾何學，以及引力透鏡和宇宙膨脹如何改變幾何學。天文學家能夠在太空中尋找與歐幾里得幾何的偏差，例如在引力透鏡中，以尋找黑暗宇宙的證據。

除了幾何學研究，歐幾里德還涉獵透視幾何、代數和“球面天文學”。“球面天文學”涉及一種在天球上尋找物體的幾何形式，而天球是研究天體的位置和運動而引進的一個假想圓球。

歐航局表示，歐幾里得的貢獻將繼續發揮:2000多年后，他的遺產將進入我們探索宇宙中一些最令人困惑的秘密而作解密嘗試的最后領域。

相比哈勃、韋伯歐幾里德望遠鏡有何不同?

歐幾里德太空望遠鏡的口徑為1.2米，是哈勃太空望遠鏡的一半大小。歐幾里德可以在可見光和近紅外光下觀察宇宙。哈勃和韋伯太空望遠鏡被設計成具有窄視場以進行近距離、高分辨率的工作，而歐幾里德采取的是廣角方法，觀測一次可以囊括數千個遙遠的星系。

它的視野為0.57平方度，剛好小于滿月直徑的兩倍。對于望遠鏡來說，這是一個在一次拍攝中看到的廣闊天空，它將允許歐幾里得配備的兩臺科學儀器——可見光成像儀(VIS)和近紅外光譜儀和光度計(NISP)——在短短6年內探測15億個遙遠的星系，以了解更多關于暗物質和暗能量的信息。這兩種神秘成分占宇宙的95%，但天文學家不知道它們是什么，只知道這些黑暗元素的存在是因為看不見的暗物質的引力效應和暗能量加速宇宙膨脹的方式。

聚焦

暗物質和暗能量到底是什么?

歐幾里得將為科學家帶來何種驚喜?

研究人員承認，暗物質和暗能量都無法直接探測到，而且他們對暗物質和暗能量幾乎一無所知。

英國蘭開斯特大學的天文學家伊索貝爾·胡克教授說，知識上的巨大差距意味著我們無法真正解釋人類的起源。他認為，歐幾里得太空望遠鏡的見解將是我們走上理解之路的最佳選擇。

“這就像在人們知道陸地在不同方向的位置之前就出發了。我們將繪制宇宙地圖，試圖了解我們適合它的位置以及我們是如何到達這里的——從‘大爆炸’到我們看到周圍的美麗星系、太陽系和生命，整個宇宙是如何形成的，”她告訴英國廣播公司。

暗物質和暗能量是不同的概念

據計算，宇宙已有138億年的歷史。暗能量與暗物質是不同的概念。此前的實驗表明，暗能量約占宇宙總能量的70%，它是加速宇宙膨脹的神秘成分；暗物質約占宇宙總能量的25%，到目前為止還沒有直接看到并且無法描述；所有可見物質，包括恒星、氣體、塵埃、行星、人類等僅占宇宙總能量的的5%。為了解開那神秘的95%的本質，歐幾里得將進行為期6年的探索。

神秘的“力量”似乎正在加速宇宙的膨脹。2011年，來自美國的3位科學家獲得了諾貝爾物理學獎。他們通過對Ia型超新星的觀測于1998年發現宇宙的膨脹是加速的，從而揭示了暗能量的存在。

歐幾里得的一項關鍵任務將是繪制暗物質的分布圖，暗物質無法直接探測到，但天文學家知道暗物質的存在，因為它對我們可以看到的物質有引力影響。例如，如果沒有一些額外的“腳手架”的存在，星系就無法保持其形狀。這被認為是暗物質的力量在發揮作用。

新發現或引理論家和實驗家關注

盡管這種物質無法直接看到，但望遠鏡可以通過尋找其質量扭曲來自遙遠星系的光線的微妙方式來繪制其分布。眾所周知，哈勃太空望遠鏡率先對太空中的一小塊區域(只有2平方度)進行了這項研究。歐幾里得將在15000平方度的太空中完成這一任務。

“然后我們可以提出一些有趣的問題，”薩里大學的鮑勃·尼科爾教授說，“宇宙中所有點的加速度都相同嗎?今天，我們對我們測量的所有東西進行平均。但如果那里的加速度與這里不同怎么辦?這將是發現科學。”

科學家表示，歐幾里得太空望遠鏡無法明確回答“什么是暗物質和暗能量的本質”，但它可以做的是縮小充斥當前思維的模型和想法的范圍，可能將引起理論家和實驗家的關注。

例如，它可能會引入一些關于如何檢測目前被認為代表大部分暗物質的粒子的新思維。迄今為止所有的搜索都一無所獲。

至于暗能量，歐幾里得望遠鏡可能會告訴科學家，這種未知的力量遠非空間真空的某些固有屬性(科學家目前的最佳猜測)，而是在修改后的引力理論中有更好的解釋。這也將是發現科學。

歐航局科學與探索高級顧問馬克·麥考林教授表示:“一種可能性是，暗能量實際上是第五種力量，是宇宙中的一種新力量，僅在巨大的尺度上運作，因此它不會影響地球上的生命。”。

“但是，它可能極大地影響我們宇宙的命運——它會膨脹多遠?它會永遠繼續加速，變得越來越大嗎?或者也許它會再次崩潰。”

編譯/采寫:南都記者　史明磊

綜合新華社　中新網　科普中國