進(jìn)入“黑暗宇宙” 歐幾里得會(huì)發(fā)現(xiàn)什么?|世界微頭條

2023-07-05 07:12:42來(lái)源：南方都市報(bào)  

歐幾里得太空望遠(yuǎn)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(jì)(NISP)　　 　　任務(wù) 　　創(chuàng)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(yuǎn)鏡升空做準(zhǔn)備。

歐洲航天局(ESA)主導(dǎo)研發(fā)的太空望遠(yuǎn)鏡7月1日從美國(guó)佛羅里達(dá)州發(fā)射升空，開啟其探索宇宙暗物質(zhì)和暗能量的任務(wù)。該望遠(yuǎn)鏡以古希臘數(shù)學(xué)家歐幾里得的名字命名?？茖W(xué)家希望揭示暗物質(zhì)和暗能量的本質(zhì)，以幫助人類了解我們生活的宇宙。


(相關(guān)資料圖)

還需要飛行1個(gè)月時(shí)間

運(yùn)行過程與韋伯望遠(yuǎn)鏡相似　　

美國(guó)東部時(shí)間7月1日11時(shí)12分(北京時(shí)間1日23時(shí)12分)，歐幾里得搭乘美國(guó)太空探索技術(shù)公司(Sapce　X)“獵鷹9”火箭從佛羅里達(dá)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(rèn)，已通過位于澳大利亞的地面站接收到來(lái)自歐幾里得的信號(hào)。

據(jù)法新社報(bào)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(diǎn)，距離地球160萬(wàn)公里，預(yù)計(jì)還需要飛行1個(gè)月時(shí)間。到達(dá)預(yù)定軌道之后，研究人員還需要花2個(gè)月時(shí)間測(cè)試和校準(zhǔn)儀器。這一過程和美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)于2021年發(fā)射的詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡相似。

雖然歐幾里得探測(cè)任務(wù)主要是歐洲航天局的項(xiàng)目，但美國(guó)航天局也為該任務(wù)提供了大量的科研和工程投入?！　?/p>

通過近紅外光波長(zhǎng)觀測(cè)

將創(chuàng)建最大的宇宙3D地圖　　

歐洲航天局表示，歐幾里得任務(wù)旨在探索宇宙兩大神秘組成部分——暗物質(zhì)和暗能量，以幫助了解宇宙的構(gòu)成。這座望遠(yuǎn)鏡高4.7米、寬3.5米，配備兩臺(tái)科學(xué)儀器。望遠(yuǎn)鏡的口徑為1.2米，它主要通過近紅外光波長(zhǎng)觀測(cè)宇宙。

歐幾里得將觀測(cè)100億光年范圍內(nèi)的十幾億個(gè)星系，而NASA預(yù)計(jì)在2027年發(fā)射的南希·格蕾絲·羅曼太空望遠(yuǎn)鏡將在紅外波長(zhǎng)下觀測(cè)宇宙，它們將共同創(chuàng)建迄今最大、最精確的宇宙3D地圖。

這一詳細(xì)地圖包含星系形狀、位置和運(yùn)動(dòng)狀況等信息，將揭示宇宙物質(zhì)分布以及宇宙演變過程，以幫助天文學(xué)家推斷宇宙暗能量和暗物質(zhì)的屬性，增加人類對(duì)重力作用以及宇宙本質(zhì)的了解。

歐洲航天局科學(xué)主任卡蘿爾·芒德爾說，揭示暗物質(zhì)和暗能量的本質(zhì)以及它們?cè)谟钪鏄?gòu)造中扮演的角色能夠幫助人類了解我們生活的宇宙。

追問

01

望遠(yuǎn)鏡為什么以“幾何之父”命名?

歐幾里德太空望遠(yuǎn)鏡是以“幾何之父”、古希臘著名數(shù)學(xué)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(xué)家們?nèi)绾慰创钪嬷懈衩氐某煞?，即暗物質(zhì)和暗能量。為了做到這一點(diǎn)，這個(gè)尖端任務(wù)將會(huì)運(yùn)用一些由數(shù)學(xué)家歐幾里得創(chuàng)立的幾何學(xué)原理。

歐幾里得生于公元前4世紀(jì)，他所創(chuàng)作的《幾何原本》被廣泛認(rèn)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(shù)國(guó)家的學(xué)校必修課，從小學(xué)到中學(xué)，再到現(xiàn)代高等教育學(xué)科，都有他所創(chuàng)作的定律、理論和公式應(yīng)用。

而歐幾里得太空望遠(yuǎn)鏡要做的大部分任務(wù)依賴于幾何學(xué)，以及引力透鏡和宇宙膨脹如何改變幾何學(xué)。天文學(xué)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(jù)。

除了幾何學(xué)研究，歐幾里德還涉獵透視幾何、代數(shù)和“球面天文學(xué)”。“球面天文學(xué)”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(yùn)動(dòng)而引進(jìn)的一個(gè)假想圓球。

歐航局表示，歐幾里得的貢獻(xiàn)將繼續(xù)發(fā)揮:2000多年后，他的遺產(chǎn)將進(jìn)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(lǐng)域。

02

相比哈勃、韋伯 歐幾里德望遠(yuǎn)鏡有何不同?

歐幾里德太空望遠(yuǎn)鏡的口徑為1.2米，是哈勃太空望遠(yuǎn)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(yuǎn)鏡被設(shè)計(jì)成具有窄視場(chǎng)以進(jìn)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(cè)一次可以囊括數(shù)千個(gè)遙遠(yuǎn)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(duì)于望遠(yuǎn)鏡來(lái)說，這是一個(gè)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(tái)科學(xué)儀器——可見光成像儀(VIS)和近紅外光譜儀和光度計(jì)(NISP)——在短短6年內(nèi)探測(cè)15億個(gè)遙遠(yuǎn)的星系，以了解更多關(guān)于暗物質(zhì)和暗能量的信息。這兩種神秘成分占宇宙的95%，但天文學(xué)家不知道它們是什么，只知道這些黑暗元素的存在是因?yàn)榭床灰姷陌滴镔|(zhì)的引力效應(yīng)和暗能量加速宇宙膨脹的方式。

聚焦

暗物質(zhì)和暗能量到底是什么?

歐幾里得將為科學(xué)家?guī)?lái)何種驚喜?

研究人員承認(rèn)，暗物質(zhì)和暗能量都無(wú)法直接探測(cè)到，而且他們對(duì)暗物質(zhì)和暗能量幾乎一無(wú)所知。

英國(guó)蘭開斯特大學(xué)的天文學(xué)家伊索貝爾·胡克教授說，知識(shí)上的巨大差距意味著我們無(wú)法真正解釋人類的起源。他認(rèn)為，歐幾里得太空望遠(yuǎn)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(fā)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(dá)這里的——從‘大爆炸’到我們看到周圍的美麗星系、太陽(yáng)系和生命，整個(gè)宇宙是如何形成的，”她告訴英國(guó)廣播公司。

暗物質(zhì)和暗能量是不同的概念

據(jù)計(jì)算，宇宙已有138億年的歷史。暗能量與暗物質(zhì)是不同的概念。此前的實(shí)驗(yàn)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(zhì)約占宇宙總能量的25%，到目前為止還沒有直接看到并且無(wú)法描述；所有可見物質(zhì)，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(zhì)，歐幾里得將進(jìn)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(lái)自美國(guó)的3位科學(xué)家獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。他們通過對(duì)Ia型超新星的觀測(cè)于1998年發(fā)現(xiàn)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(xiàng)關(guān)鍵任務(wù)將是繪制暗物質(zhì)的分布圖，暗物質(zhì)無(wú)法直接探測(cè)到，但天文學(xué)家知道暗物質(zhì)的存在，因?yàn)樗鼘?duì)我們可以看到的物質(zhì)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(wú)法保持其形狀。這被認(rèn)為是暗物質(zhì)的力量在發(fā)揮作用。

新發(fā)現(xiàn)或引理論家和實(shí)驗(yàn)家關(guān)注

盡管這種物質(zhì)無(wú)法直接看到，但望遠(yuǎn)鏡可以通過尋找其質(zhì)量扭曲來(lái)自遙遠(yuǎn)星系的光線的微妙方式來(lái)繪制其分布。眾所周知，哈勃太空望遠(yuǎn)鏡率先對(duì)太空中的一小塊區(qū)域(只有2平方度)進(jìn)行了這項(xiàng)研究。歐幾里得將在15000平方度的太空中完成這一任務(wù)。

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

科學(xué)家表示，歐幾里得太空望遠(yuǎn)鏡無(wú)法明確回答“什么是暗物質(zhì)和暗能量的本質(zhì)”，但它可以做的是縮小充斥當(dāng)前思維的模型和想法的范圍，可能將引起理論家和實(shí)驗(yàn)家的關(guān)注。

例如，它可能會(huì)引入一些關(guān)于如何檢測(cè)目前被認(rèn)為代表大部分暗物質(zhì)的粒子的新思維。迄今為止所有的搜索都一無(wú)所獲。

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

歐航局科學(xué)與探索高級(jí)顧問馬克·麥考林教授表示:“一種可能性是，暗能量實(shí)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(yùn)作，因此它不會(huì)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(yùn)——它會(huì)膨脹多遠(yuǎn)?它會(huì)永遠(yuǎn)繼續(xù)加速，變得越來(lái)越大嗎?或者也許它會(huì)再次崩潰?！?/p>

編譯/采寫:南都記者　史明磊

綜合新華社　中新網(wǎng)　科普中國(guó)

圖片:歐洲航天局網(wǎng)站　新華社

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