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一台强大的新型欧洲太空望远镜将使天文学家比以往任何时候都更接近回答一个长期存在的问题：正在膨胀的宇宙会永远如此吗?

这架名为“欧几里得”的望远镜于 2023 年 7 月 1 日发射，正在从距地球 150 万公里的有利位置观察黑暗宇宙。欧几里得将在近红外和可见光下拍摄约 100 亿个星系的图像，以了解推动宇宙膨胀的暗能量和占宇宙所有物质四分之三的暗物质。。

神秘二人组

暗能量是一种神秘的力量，自 138 亿年前的大爆炸以来，它可能一直在推动宇宙的膨胀。暗物质是一种看不见的形式，通过其对星系的引力效应而被注意到，但从未被直接探测到。

荷兰莱顿大学观测宇宙学研究员亨克·霍克斯特拉教授说：“这确实是我们宇宙中的两个神秘组成部分。” “我们不知道它们到底是什么。”

宇宙的质能含量中，68%来自暗能量，27%来自暗物质，5%来自普通物质。

欧几里得以一位生活在公元前 300 年左右并创立了几何学的希腊数学家的名字命名，旨在解决物理学挑战：以前所未有的精度了解自创世以来暗物质和暗能量所产生的宇宙结构。

这架望远镜的力量如此之大，以至于它还将揭示宇宙的其他奥秘——从研究绕遥远太阳运行的行星到发现比银河系中发现的恒星更小的物体。

西班牙加那利群岛天体物理研究所首席研究员爱德华多·马丁教授说：“我们将利用欧几里得的独特能力。”

主要地图

霍克斯特拉领导的一个研究项目获得了欧盟的资助，该项目使用只有欧几里得才能提供的图像来揭示黑暗的宇宙。这个为期五年的项目 被称为“使用大型成像巡天的观测宇宙学”(OCULIS) ，于 2023 年 9 月启动。

“我们基本上绘制了宇宙中物质分布的巨大地图，”霍克斯特拉说。

欧几里得将通过测量星系周围光线的弯曲来绘制地图——这一过程称为弱引力透镜效应。这使得测量星系周围暗物质的数量以及推而广之，测量其在宇宙中的传播成为可能。

其结果将是加深对星系和暗物质之间的联系以及每个星系中恒星数量和气体体积的理解。

由于欧几里得将在两天内观察到宇宙的巨大体积，因此可以更好地测量暗能量——其体积相当于哈勃太空望远镜在太空中运行了整整 30 年的体积。

测量每个星系将提供有关宇宙膨胀率的新信息，宇宙膨胀率大约为每秒 70 公里，但由于暗能量的影响，膨胀率似乎变得更快。

霍克斯特拉认为，欧几里得的核心解决了扩张为何加速的根本问题。

“那里一定有新的物理学，”他说。“我们正在下一个级别对此进行测试。”

更宽的窗口

欧几里得是一项完全欧洲的任务，于 2011 年开始。欧洲航天局 (ESA) 最初的计划是在 2022 年用俄罗斯火箭发射该望远镜。

2022 年 2 月俄罗斯入侵乌克兰后，欧空局断绝了与俄罗斯的关系，并将望远镜转移到了 SpaceX 猎鹰 9 号火箭上。

欧几里得用1.2米宽的主镜和广阔的视野来研究宇宙。这些尺寸意味着，在拍摄的每张照片中，望远镜覆盖的区域是满月大小的 2.5 倍。

这不仅对研究星系很有用，而且对研究更小的天体也很有用——这是加那利群岛天体物理研究所的马丁感兴趣的领域。

他领导了一个由欧盟资助的独立项目，利用欧几里得来寻找隐藏在银河系中比恒星还小的物体。这些被称为次恒星天体的物体包括褐矮星(从未获得足够质量来点燃其核心聚变的失败恒星)和质量是木星许多倍的 巨行星。

新前沿

该项目名为SUBSTELLAR，于 2023 年 1 月开始，持续到 2027 年底。

“Euclid 在大面积覆盖和精致图像质量方面带来了新领域，”马丁说。

像哈勃和詹姆斯·韦伯太空望远镜这样的望远镜的视窗比欧几里得窄得多。凭借更宽的窗口，欧几里得应该能够发现大量的星际物体。

马丁表示，该项目的目标是在五年内生产 500,000 个这样的物体，比以前看到的多 100 倍。

其中可能包括在银河系外部区域发现的第一批亚恒星天体——“光环”——并且可能在银河系 130 亿年历史的早期就形成了。马丁将次恒星天体描述为行星和恒星之间缺失的一环。

“在我们了解恒星形成和行星形成之间的情况之前，我们无法全面了解恒星形成和行星形成的情况，”他说。

欧几里得甚至可能能够发现小至土星质量的行星，围绕这些亚恒星天体运行——这是以前从未见过的——以及在太空中自由漂浮而不是被恒星或棕矮星的引力困住的行星。

虽然以前也曾发现过其他自由漂浮的行星，但欧几里得应该大大提高了发现的行星的数量和种类。

巨大的期望

欧几里得的主要任务将持续六年，未来可以选择延长其观测范围。该望远镜于 2023 年 7 月发布了一些测试图像后，其全面的科学观测现已开始。

“我们预计未来几个月会有更多的公开发布，”霍克斯特拉说。“但对于真正的科学结果，我们必须等待一年多，因为我们仍处于早期阶段。”

欧几里得星系调查的大部分数据将分三批发布，第一批将于 2026 年发布。

当霍克斯特拉、马丁和许多其他人期待着从望远镜中获得有关宇宙的知识时，至少有人预计这一过程中会出现很多惊喜。

“很难预料到意想不到的事情，但我的经验是它会发生，”马丁说。“我们将保持开放的态度。”