太空望远镜探索整个宇宙以了解暗物质和暗能量

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近日，欧洲航天局（ESA）的Euclid任务启动：这是一台旨在揭开暗物质和暗能量奥秘的太空望远镜。这艘2.2吨重的航天器和1.2米长的望远镜由SpaceX公司Falcon 9火箭送入太空，目前正在前往绕太阳轨道的途中。

该任务原定于使用俄罗斯联盟号火箭从法属圭亚那的欧洲航天港发射，但在俄罗斯入侵乌克兰后，欧空局与俄罗斯的合作暂停。因此，该望远镜从佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地发射，于美国东部时间7月1日星期六上午12:11升空。

该望远镜正朝着一个名为L2的轨道前进，这是第二个拉格朗日点，与詹姆斯·韦伯太空望远镜和其他太空望远镜使用的轨道相同。这条轨道提供了很高的稳定性，这对于像Euclid这样旨在收集极其详细的宇宙观测结果的任务来说尤其重要。

Euclid应该在四周内到达L2，然后在10月初左右开始科学观测之前进行两个月的准备工作。

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Euclid将对宇宙进行广泛和深入的调查，将图像拼接在一起，创建一张宇宙地图，以帮助了解两个神秘的概念：暗物质和暗能量，暗物质约占宇宙的27%，暗能量占宇宙的68%。我们能观察到的每一个原子、分子和物质组成了剩下的5%，即普通物质或重子物质。

我们知道，由于星系的运动和宇宙膨胀的方式，暗物质和暗能量一定存在。然而，它们极难研究，因为暗物质不与光相互作用，而暗能量是一种未知的能量形式。因此，为了找到它们的证据，我们需要进行大规模的研究。

欧空局Euclid项目经理Giuseppe Racca在新闻发布会上解释道：“如果你想研究宇宙学并观察整个宇宙，你需要进行一次大规模的调查。Euclid特别设计了一台广角望远镜，可以在很短的时间内覆盖大部分宇宙。”

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Euclid望远镜将在六年的任务中观测36%的天空，为了观测如此大的区域，该望远镜的视野非常宽。这是指通过望远镜可以观察到的天空的数量，在此情况下，视野是月球大小的2.5倍。

与哈勃太空望远镜相比，哈勃太空望远镜的视场只有月球的1/12大。哈勃望远镜可以对星系或星云等物体进行非常详细的成像，但哈勃望远镜需要大约1000年的时间才能观测到与Euclid相当的天空区域。

如果你想知道为什么Euclid只会测量三分之一以上的天空，那是因为在天空的其他区域不可能看到遥远的星系，因为这些遥远的物体被我们银河系内较近的恒星和尘埃阻挡。

Euclid将有两种仪器：VISible仪器或VIS，在可见光波长下工作，以及近红外光谱仪和光度计或NISP，在近红外波长下工作。覆盖这两个波长可以让研究人员看到红移的星系，这意味着因为它们正在远离我们，所以来自它们的光会向光谱的红端移动。

通过结合这两种仪器的观测结果，Euclid观测结果可以用来创建一张显示宇宙中可见物质分布的3D地图。

暗物质是看不见的——这就是为什么研究它如此困难的原因。它不能直接观察到，但可以通过观察我们所看到的物质的分布来推断它的存在。

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Euclid项目科学家René Laureijs解释道：“暗能量和暗物质通过它们对可见宇宙中物体外观的细微变化来揭示自己。”

Euclid研究暗能量和暗物质的两种主要方法是弱透镜和星系团。使用两种方法检查同一件事可以让研究人员相互对照他们的结果，希望能得出更准确的结果。引力透镜是一种效应，星系或星系团等非常大的物体的引力扭曲时空，就像放大镜一样，改变来自前景物体后面远处物体的光。

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通过观察这种透镜效应的强度，科学家可以计算出前景物体的质量，并将计算出的质量与前景星系中可见物质的质量进行比较。如果计算的质量和观测到的质量之间有很大的差异，这表明前景中存在大量的暗物质。

另一种效应，星系团，是指星系如何在宇宙的三维空间中分布。随着宇宙的膨胀，星系正在远离我们，从而导致红移。科学家可以使用一种称为重子声学振荡的现象将与星系的实际距离与其红移进行比较，这可以显示宇宙膨胀的速度——这与暗能量直接相关。

综合起来，这些方法应该有助于宇宙学家比以往任何时候都更多地了解暗物质和暗能量。为了收集数据，Euclid将在其任务过程中从120亿个物体上拍摄大约100万张图像。这将使我们离探测和研究这些难以捉摸的现象以及了解我们周围宇宙的组成又近了一步。

“它不仅仅是一台太空望远镜，”Laureijs说，“它实际上是一个暗能量探测器。”