欧几里得：追寻宇宙之暗

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翻译：贺玉影

校对：牧夫校对组

编排：胡暖暖

后台：朱宸宇

https://scitechdaily.com/exposing-dark-matter-euclid-is-on-the-trail-of-the-dark-side-of-the-universe/

欧几里得空间望远镜的秘诀在于它可拍摄的对象之宽泛。上图是它庞大的像平面（image plane）的一个小局部，展示了英仙星团的细节。该图既可以在近景中清楚地辨认出2.4 亿光年之外的星系的多种类型和形状，也可以在远景中看到一些暗淡、散布的星系，这些星系在被欧几里得捕捉成像之前，已经行走了数十亿光年。

要了解宇宙是如何产生的，又是如何演变成现在的样子，有两件事要做：宇宙学计算机模型利用物理定律，描绘出宇宙今天的预期面貌，而用望远镜所做的观测，则检验这些模型是否正确。

欧几里得太空望远镜，将首次有能力测量数十亿个星系的三维位置，几乎可以从地球上观测到整个宇宙。第一批科学图像现已公布。（请参考牧夫天文2023年8月11日文章《欧几里得空间望远镜的首批测试图像“新鲜出炉”》https://mp.weixin.qq.com/s/YkA1pYASews5YAm4eVjCZQ）

欧几里得空间望远镜的艺术表现图

它已公布了其第一批太空彩色图像。这些图像是将其两台仪器：VIS（可见光仪器）和NISP（近红外摄谱仪和光度计）的数据结合在一起的结果，它们的设计是依靠大面积探测器捕捉可见光和近红外光。

欧几里得最重要的任务是对宇宙进行最详细的三维测绘，从而揭开一些宇宙的秘密。包括马克斯·普朗克天文学和地外物理学研究所在内的欧几里得联合企业的德国成员开发了该望远镜的关键技术组件。他们还为管理庞大的数据流提供后勤服务，并确保公布数据的质量。

欧几里得追寻暗物质：这张来自欧几里德望远镜的图像是第一次在如此大的画面（image section）上同时捕捉到英仙星团中如此多的星系，而且细节如此丰富。这幅图像显示了属于英仙星团的1000个星系，英仙星系团是宇宙中质量最大的结构之一。在背景中还可以看到距离更远的其他5万多个星系。

博大的视野

以前的太空望远镜，如哈勃望远镜或詹姆斯韦布望远镜，都是为了详尽地观测天空中很小的区域而建的。而欧几里德望远镜则拓宽了视野，佐以同样高的图像质量：得益于其大型光学系统、灵敏的仪器以及位于扰动地球大气层之外的位置，它能在相对较短的观测时间内提供大片天空的图像，这些图像也非常清晰，并包含了遥远星系的微弱光线。

欧几里得天文台联盟的成员们通过所发布的图像，利用五个选定的天体展示了欧几里得天文台的全部潜能。每幅图像覆盖的面积比满月稍大。到任务结束时，大约 40,000 个这样的图像部分将被合并，形成天空中约 14,000 平方度*的广阔区域。这相当于整个天空的三分之一，还不包括我们的银河系。

*从地球上观察，月球的视面积大约为0.196平方度（维基百科）。

一个让人联想到银河系的星系：IC 342 距离银河系 1100 万光年，在天空中看起来和满月差不多大。在运行过程中，欧几里得将为数十亿个其他星系成像，这些星系甚至比 IC 342 更遥远，它们揭示了暗物质和暗能量的无形影响。

数据丰富的图像

现已公布的图像非常清楚地表明了一点：每幅图像都将是一个宝库，让人们对单个恒星、银河系或遥远星系的物理学有新的认识。

德国马克斯·普朗克地外物理研究所和路德维希·马克西米利安大学的马克西米利安·法布里修斯说：“这台望远镜将收集大量数据，探测到比以前更多的天体。”

马克斯·普朗克天文研究所的仪器科学家克努德·雅克也证实了这一点：“我们都需要适应欧几里得即将提供的大量信息。”

一张有深度的快照： 这张图像比英仙星团的整体图像小 200 倍左右，能让人感受到前景英仙星团壮丽图像所掩盖的细节。带有六个星形 "尖峰 "的最亮点是前景中银河系的恒星。在这些恒星之间有许多漫射的微红色斑块，它们是宇宙早期的星系。有些星系距离我们非常遥远，它们的光线需要100亿年的时间才能到达我们这里。

拿英仙星团举个例子：英仙星团是宇宙中最大、最庞大的结构之一，如果没有暗物质网络，星系们将均匀地分布在天空中。

马克斯·普朗克地外物理研究所和路德维希·马克西米利大学的科学家马蒂亚斯·克鲁格解释说：“凭借欧几里德的巨大视场和超高灵敏度，可以测量到英仙星团中最外围和最暗淡区域的星系。”

“在同一幅图像中还会拍到其他一些与英仙星团无关的星系。由于光的传播速度有限，越往宇宙深处看，就会发现越古老的星系，也会发现更多处于不同发展阶段的星系。这些丰富的信息将大大有助于研究人员了解以星系的大量碰撞和合并为标志的宇宙早期。”

银河附近的一个奇怪的星系： 不规则星系NGC 6822是矮星系的一个例子，它不像我们的银河系那样有旋臂。这种星系被认为是附近年轻宇宙中成熟星系的组成部分，欧几里得将绘制出完整的宇宙地图。如果你仔细观察，就能辨认出单个恒星，甚至超新星遗迹。

揭开暗物质和暗能量的神秘

我们的宇宙中约有95%似由神秘的“暗”元素组成，它们在英仙星团的形成过程中也发挥了作用。暗物质决定了星系之间和星系内部的引力效应，最初减缓了宇宙的膨胀，而暗能量则推动了当前宇宙的加速膨胀。

但是，暗物质和暗能量的本质仍然难以捉摸。科学家们所知道的是，这些物质会使望远镜观测到的物体的外观和运动发生微妙的变化。为了探测“暗”对可见宇宙的影响，欧几里得将在未来六年内观测100亿光年外数十亿星系的形状、距离和运动。

欧几里得来自NIST红外仪器的光谱信息与来自地面望远镜的光学光谱相辅相成，将非常精确地确定其拍摄星系的距离和运动情况，并将二维图片转化为有史以来最全面的可见宇宙的三维地图。

项目信息

欧几里得号是欧空局的一项太空任务，美国国家航空航天局为该任务做出了贡献。它是欧空局宇宙愿景（Cosmic Vision）计划的一部分。

VIS和NISP相机由来自17个国家的科学家和工程师联合开发和制造，其中许多来自欧洲，但也有美国、加拿大和日本。在德国，海德堡马克斯·普朗克天文学研究所、加兴马克斯·普朗克地外物理学研究所、慕尼黑路德维希·马克西米利安大学、波恩大学、波鸿鲁尔大学和位于波恩的德国航空航天中心的德国航天局都参与其中。

德国航天中心的德国航天局负责协调德国欧空局的捐款，并为参与的德国研究机构提供资金。德国是欧空局科学计划的最大贡献者，约占21%。

欧几里得项目组检查近完工的卫星时的合影。（图源： Thales Alenia Space）

欧几里得发射彩排时的团队合影。

除标注外，全文图源来自ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA, image processing by J.-C. Cuillandre (CEA Paris-Saclay), G. Anselmi, CC BY-SA 3.0 IGO

责任编辑：郭皓存

牧夫新媒体编辑部

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微信公众号：astronomycn

北京时间2023年7月1日23时12分，猎鹰9号发射ESA欧几里得空间望远镜。

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