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　　欧几里得望远镜能解开暗质之谜吗？　　《中国新闻周》记者：杨智杰　　发于2023.7.10总第1099期《中国新闻周刊》杂志　　北京👫间7月1日晚23时12分，由欧洲空间局(以下简称欧空局)设计的欧几里得空间望远镜(以下简称欧几里得望远镜)搭乘美国SpaceX公司的猎鹰9号火箭，从美国佛罗里达州发射空。未来6年，它将勘测超过三分之一的宇宙，为超过10亿个星系做“CT扫描”，并绘制出一张宇宙三维“地图”。　　欧空局官网介绍，依据欧几里望远镜观测的海量数据，可以所未有地确定过去100亿年中宇宙的膨胀和结构演化，并有于揭开宇宙学的两大奥秘：暗量和暗物质。　　中国科学院🧑🏿‍🤝‍🧑🏼家天文台研究员巩岩长期研究物质和暗能量模型，是中国巡空间望远镜(CSST)国家天文台科学研究中心常务副主任📄他对《中国新闻周刊》介绍说🏐暗物质和暗能量，是目前物理🤲和天文学最前沿的研究领域，是笼罩在两个学科头顶上的“朵乌云”。多个国家都在相关域攻关，如果将这两大谜团破-,了，对人类来说是非常重大的破。　　人类对95%的宇宙还一无所知　　2009年，欧空局发射“普朗克”探测卫星，时3年，精准绘制出宇宙微波背景辐射图，这是宇宙大爆炸时☮️遗留辐射，被称为宇宙中最古的光。2013年，第一幅反映宇宙诞生初期的全景图公开后科学家确认，它几乎完美地验了宇宙标准模型。即在宇宙中所有可见的普通物质，包括恒↩️、行星以及我们生活中的一切只占宇宙总能量的5%，暗物质占27%，暗能量占68%。　　但人们需要解答的问题是，物质和暗能量到底是什么。过近一个世纪中，许多研究者测发现，恒星绕星系中心旋转的-度大于预测结果，猜测存在不见的物质增大了使得恒星旋转🐟引力，科学家将其称为暗物质🔴而暗能量是指驱动宇宙加速膨的神秘物质。暗物质与普通物不同，看不见、摸不着、听不⏏️。过去数十年，天文学家和理物理学家想尽办法，都无法直-,探测到暗物质和暗能量的存在对其性质更一无所知。　　2012年，欧几里得计划被欧空局选中实施，来自13个欧洲国家、美国、日本等国的2000多名科学家参与了这项计划，耗约10亿欧元研制完成欧几里得探测器。如今，这一以几何学💒父命名的探测器，搭载口径为1.2米的欧几里得望远镜，以及一台可见光波长相机和一台近外相机，将在宇宙航行一个月最终悬停在距地球150万公里外的拉格朗日点L2。欧几里德望远镜将与詹姆斯·韦伯望远共享同一位置，共同凝望宇宙🥨处。　　欧几里得望远镜的发几经波澜。2022年，欧几里得望远镜建造完成，原计划搭🦹‍♂️俄罗斯火箭，从南美洲发射，受俄乌战争影响，欧洲和俄罗🔕的航天部门合作终止。2022年底，欧空局找到替代方案，-美国公司SpaceX合作，发射地点转移到美国。依据欧空官网公布的目标，欧几里得望✍️镜将用于研究暗能量是否存在🛐或探明宇宙明显急速膨胀的原是什么；如果暗能量存在，它特点是什么，并根据观察到的🔃宙大规模结构，研究大爆炸后宇宙状况。　　巩岩对《中国🎁闻周刊》介绍说，欧几里得望镜并不是直接探测暗物质，严地说，对暗物质的探测需要探🐠到暗物质粒子。暗物质有多种论假说，其中之一认为，暗物-是重质量粒子。过去数十年，学家主要通过三种方式探测暗质：利用大型对撞机，测试能撞出暗物质粒子；在地下十几里建立实验室，保证其他粒子法穿透，寻找暗物质与其他物相互作用的痕迹；在地面或太探测暗物质“湮灭”或衰变后❎生的常见粒子。但迄今为止，们穷尽了上述所有办法，都没探测到暗物质粒子的踪影。　👬🏿巩岩解释说，欧几里得望远镜工作原理是，假设暗物质存在通过对宇宙中海量天体的探测将得到的数据与相关模型进行🏹照和验证，来确定或排除相应🎹暗物质模型。这实际上是一种论上的“排除法”。“如果人🪑把暗物质的性质探测得足够精😧，其他理论都无法解释这个数📟，最后只能用暗物质来解释。巩岩说。　　欧空局的官方网介绍，欧几里得望远镜主要通两种方式实现科学目标。望远将测量15亿个背景星系，创建宇宙暗物质分布的三维视图，,-宙学家将借此推断宇宙历史中,星系结构如何形成，以及星系构的生长速度。这与暗物质和能量的性质与数量相关。同时欧几里得望远镜也将利用重子学振荡，测量宇宙的膨胀率及🍯变化。重子声学振荡可以简单🚮解为宇宙早期的声音波动，它🟦在宇宙微波背景辐射留下了痕，有助于了解宇宙的演化和结🏨的形成。两种方式的测量对象😢几乎相同的天体，结果可以交👎检验，减小误差。　　作为第👩‍🍳代巡天望远镜，欧几里得和哈⛺望远镜有明显区别。“哈勃是-,-测望远镜，能清晰拍摄某一小天区内的天体，只能探测太空🆖很小的区域，相当于通过‘针’观测。”巩岩说，想要研究物质和暗能量，望远镜要看到🧛广袤的宇宙。欧几里得望远镜🧙‍♂️是“把针孔拿掉”，在更大的🥈野中扫描整个宇宙的天体。　🍭此外，欧几里得望远镜也能“🥥得更远”。天体发出的光随着宙膨胀被拉伸，会出现“红移🥍象”。红移越大，天体离人类👩‍🎨距离越远。欧几里得同时搭载量星系形状的可见光相机，以👨‍🦰测星系亮度和距离的近红外光仪，能观测到宇宙形成30亿年后的光。“它探测宇宙的广度深度，都是目前其他望远镜无比拟的，观测数据量之大在同型望远镜中也前所未有。”巩对《中国新闻周刊》说。　　🕟几里得望远镜的另一个重要科目标是，通过对宇宙物质分布构的分析，测量出中微子的质。目前，科学家认为，中微子电子中微子、缪子中微子、陶中微子三种不同类型的中微子🐡合而成，现有地面实验无法确三者的质量排序。粒子物理学标准模型中，中微子理论上质为零，但地面实验和观测中表中微子是有质量的。“对三种🎉微子质量之和的精确测量，对了解中微子的质量排序，以及质量获得的机制有着重要作用”巩岩分析说，这对于中微子至基本物理的研究都会有极大动作用。　　无法单独完成观目标　　在地球上，光在真空👭🏾沿直线传播，但在更广阔的宇中，情况并非如此。根据爱因坦广义相对论的预测，一个遥📐星系发出的光，经过星系或者系团这类大质量天体，受引力响，会产生轻微弯曲。类似于🌖置于放大镜下，其成像形态和度都会发生改变，这被称为引🔖透镜效应。科学家认为，背景源的扭曲不是随机的，它与暗质的引力场相关，可以从中探,,,暗物质的密度分布。　　巩岩释说，理想状态下，发光的星等光源、光经过的大质量物质观测者三点一线时，引力透镜应最强。但在宇宙中，一般情下，光源只会发生微弱透镜效🅱️，使观测难度增加，这被称为引力透镜效应。正式开启探测，欧几里得望远镜将通过弱引透镜效应来绘制暗物质分布图🍥“虽然单个星系的形状和亮度化很小，但这是一个统计概念如果把几亿、十几亿的星系的状和亮度都测一遍，统计效应出来了。”巩岩说。　　因此欧几里得望远镜要观测足够广🌑的宇宙，巩岩介绍说，“在设🆚上，欧几里得望远镜在可见光📈测上只用了一个宽波段，有助更准确地测量星系形状。”但型巡天望远镜普遍使用测光红技术，即用多个波段的测光数来估算红移。欧几里得仅用一可见光宽波段和几个近红外波，会降低测光红移的准确度，红移测不准，对弱引力透镜效的测量也没办法十分准确。”岩说。　　这是欧几里得望远未来探测面临的最大挑战之一巩岩介绍，如果想圆满完成科目标，欧几里得望远镜需要其望远镜的配合。欧空局官网也到，这一望远镜需要来自地面远镜的额外数据，以改进红移定技术和单个星系的点扩散函建模。但巩岩提到，不同望远如何协同观测、协同数据处理🕓对欧几里得望远镜的测量来说🔮是非常大的挑战。比如，要面😭的挑战包括地面望远镜观测容🧑🏼‍🤝‍🧑🏻受大气扰动等影响，每一次的测效果不同，仪器参数也不相等。　　近年来，欧洲、中国美国等多个国家和地区都在致,,于暗物质、暗能量的研究和探-。美国国家航空航天局(NASA)正在研制南希·格雷斯·罗曼太空望远镜，计划2027年发射。中国两米口径的巡天空望远镜(CSST)计划于2024年发射。这些望远镜和欧几里得有相似的研究方向，用于展广域巡天观测，在宇宙结构成和演化、暗物质和暗能量领开展前沿研究。　　2013年，中国巡天空间望远镜计划立，中国科学院国家天文台研究詹虎参与了CSST的研制工作，他对媒体表示，CSST拟于2023年底前交付，计划在2024年发射。据报道，CSST太空飞行器的大小相当于一辆大客车，立起来有3层楼高。“巡天观测”是CSST的主要使命，它将会覆盖整个天空面积40%，积累获得近20亿星系的高质量数据。　　NASA研制的南希·格雷斯·罗曼太空远镜的众多科学目标中，也同⚱️包含研究宇宙尺度和暗能量，📸外，它还将寻找宇宙超新星事,-等。但它与中国和欧洲的天文👩‍👦远镜又有所不同。欧空局官方绍，罗曼和欧几里得望远镜的命是“互补的”，欧几里得的量视野更广，而罗曼只是勘测小的区域，但会以更高分辨率更大波长覆盖范围探测，两者重叠结果可用于互相检查系统差。　　这类巡天望远镜最终否揭开暗物质和暗能量的面纱🐒英国兰卡斯特大学天体物理学💈授、欧几里得科学家伊莎贝�胡克在接受采访时提到，欧几🧘‍♀️得将在几个月后发回它对宇宙“初印象”照片，但科学家还等待数年时间，才能拿到海量数据，宣布一些新成果。　　中国新闻周刊》2023年第25期　　声明：刊用《中国新闻周刊》稿件务经书面授权【编+:孙静波】

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