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　　欧几里得望远镜能解开暗物之谜吗？　　《中国新闻周刊》者：杨智杰　　发于2023.7.10总第1099期《中国新闻周刊》杂志　　北京时间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升空。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，依据欧几里得远镜观测的海量数据，可以前所有地确定过去100亿年中宇宙的膨胀和结构演化，并有助于揭开宙学的两大奥秘：暗能量和暗物🎖️。　　中国科学院国家天文台研员巩岩长期研究暗物质和暗能量型，是中国巡天空间望远镜(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，是目物理学和天文学最前沿的研究领，也是笼罩在两个学科头顶上的👨‍🏫两朵乌云”。多个国家都在相关域攻关，如果将这两大谜团破解，对人类来说是非常重大的突破　　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，耗时3年，精准绘制出宇宙微波背景辐射图，🥾是宇宙大爆炸时的遗留辐射，被为宇宙中最古老的光。2013年，第一幅反映宇宙诞生初期的全图公开后，科学家确认，它几乎美地验证了宇宙标准模型。即在宙中，所有可见的普通物质，包🚶恒星、行星以及我们生活中的一🧞‍♂️，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，暗物和暗能量到底是什么。过去近一👁️世纪中，许多研究者测量发现，星绕星系中心旋转的速度大于预结果，猜测存在不可见的物质增了使得恒星旋转的引力，科学家其称为暗物质。而暗能量是指驱宇宙加速膨胀的神秘物质。暗物与普通物质不同，看不见、摸不、听不到。过去数十年，天文学和理论物理学家想尽办法，都无直接探测到暗物质和暗能量的存，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，耗资约10亿欧元研制完成欧几里得探测器。今，这一以几何学之父命名的探-,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机和一台近红外相机，将在宇宙行一个月，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·韦伯远镜共享同一位置，共同凝望宇深处。　　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，原计划搭载俄斯火箭，从南美洲发射，但受俄💫战争影响，欧洲和俄罗斯的航天门合作终止。2022年底，欧空局找到替代方案，与美国公司SpaceX合作，发射地点转移到美国。依据欧空局官网公布的目标欧几里得望远镜将用于研究暗能是否存在，或探明宇宙明显急速胀的原因是什么；如果暗能量存，它的特点是什么，并根据观察的宇宙大规模结构，研究大爆炸的宇宙状况。　　巩岩对《中国闻周刊》介绍说，欧几里得望远并不是直接探测暗物质，严格地，对暗物质的探测需要探测到暗质粒子。暗物质有多种理论假说🤡其中之一认为，暗物质是重质量子。过去数十年，科学家主要通🏑三种方式探测暗物质：利用大型撞机，测试能否撞出暗物质粒子在地下十几公里建立实验室，保其他粒子无法穿透，寻找暗物质其他物质相互作用的痕迹；在地或太空探测暗物质“湮灭”或衰后产生的常见粒子。但迄今为止人们穷尽了上述所有办法，都没探测到暗物质粒子的踪影。　　岩解释说，欧几里得望远镜的工原理是，假设暗物质存在，通过宇宙中海量天体的探测，将得到🛌数据与相关模型进行对照和验证来确定或排除相应的暗物质模型这实际上是一种理论上的“排除”。“如果人们把暗物质的性质测得足够精确，其他理论都无法释这个数据，最后只能用暗物质解释。”巩岩说。　　欧空局的⚱️方网站介绍，欧几里得望远镜主通过两种方式实现科学目标。望镜将测量15亿个背景星系，创建宇宙暗物质分布的三维视图，宇🦅学家将借此推断宇宙历史中的星👘结构如何形成，以及星系结构的长速度。这与暗物质和暗能量的️⃣质与数量相关。同时，欧几里得远镜也将利用重子声学振荡，测宇宙的膨胀率及其变化。重子声振荡可以简单理解为宇宙早期的💼音波动，它们在宇宙微波背景辐留下了痕迹，有助于了解宇宙的化和结构的形成。两种方式的测🔅对象是几乎相同的天体，结果可交叉检验，减小误差。　　作为四代巡天望远镜，欧几里得和哈望远镜有明显区别。“哈勃是精望远镜，能清晰拍摄某一小片天内的天体，只能探测太空中很小区域，相当于通过‘针孔’观测”巩岩说，想要研究暗物质和暗量，望远镜要看到更广袤的宇宙欧几里得望远镜则是“把针孔拿”，在更大的视野中扫描整个宇🩹的天体。　　此外，欧几里得望💛镜也能“看得更远”。天体发出🚅光随着宇宙膨胀被拉伸，会出现🤗红移现象”。红移越大，天体离🥩类的距离越远。欧几里得同时搭🍲测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谱🏵️，能观测到宇宙形成30亿年后的光。“它探测宇宙的广度和深度都是目前其他望远镜无法比拟的观测数据量之大在同类型望远镜🥫也前所未有。”巩岩对《中国新周刊》说。　　欧几里得望远镜另一个重要科学目标是，通过对宙物质分布结构的分析，测量出微子的质量。目前，科学家认为中微子由电子中微子、缪子中微、陶子中微子三种不同类型的中子组合而成，现有地面实验无法认三者的质量排序。粒子物理学标准模型中，中微子理论上质量零，但地面实验和观测中表明中子是有质量的。“对三种中微子量之和的精确测量，对于了解中💩子的质量排序，以及其质量获得机制有着重要作用。”巩岩分析🚄，这对于中微子乃至基本物理的🎤究都会有极大推动作用。　　无单独完成观测目标　　在地球上光在真空中沿直线传播，但在更️⃣阔的宇宙中，情况并非如此。根爱因斯坦广义相对论的预测，一遥远星系发出的光，经过星系或星系团这类大质量天体，受引力响，会产生轻微弯曲。类似于被于放大镜下，其成像形态和亮度会发生改变，这被称为引力透镜🥫应。科学家认为，背景光源的扭不是随机的，它与暗物质的引力相关，可以从中探测暗物质的密👨‍🦱分布。　　巩岩解释说，理想状🤐下，发光的星系等光源、光经过大质量物质、观测者三点一线时❇️引力透镜效应最强。但在宇宙中一般情况下，光源只会发生微弱镜效应，使观测难度增加，这被为弱引力透镜效应。正式开启探☺️后，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变化小，但这是一个统计概念，如果几亿、十几亿的星系的形状和亮都测一遍，统计效应就出来了。巩岩说。　　因此，欧几里得望🍤镜要观测足够广阔的宇宙，巩岩绍说，“在设计上，欧几里得望镜在可见光观测上只用了一个宽段，有助于更准确地测量星系形。”但大型巡天望远镜普遍使用光红移技术，即用多个波段的测数据来估算红移。欧几里得仅用🕖个可见光宽波段和几个近红外波，会降低测光红移的准确度，“移测不准，对弱引力透镜效应的量也没办法十分准确。”巩岩说　　这是欧几里得望远镜未来探面临的最大挑战之一。巩岩介绍如果想圆满完成科学目标，欧几得望远镜需要其他望远镜的配合欧空局官网也提到，这一望远镜要来自地面望远镜的额外数据，改进红移测定技术和单个星系的🟩扩散函数建模。但巩岩提到，不望远镜如何协同观测、协同数据理，对欧几里得望远镜的测量来将是非常大的挑战。比如，要面的挑战包括地面望远镜观测容易大气扰动等影响，每一次的观测果不同，仪器参数也不相同等。　近年来，欧洲、中国、美国等🦖个国家和地区都在致力于暗物质暗能量的研究和探测。美国国家空航天局(NASA)正在研制南希·格雷斯·罗曼太空望远镜，划2027年发射。中国两米口径的巡天空间望远镜(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，🚵于开展广域巡天观测，在宇宙结形成和演化、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项，🚿国科学院国家天文台研究员詹虎与了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的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·罗曼太空望远镜的众多科学目标中，也同👨‍🎓包含研究宇宙尺度和暗能量，此👩🏽‍🤝‍👩🏻，它还将寻找宇宙超新星事件等但它与中国和欧洲的天文望远镜🏈有所不同。欧空局官方介绍，罗和欧几里得望远镜的使命是“互的”，欧几里得的测量视野更广🤬而罗曼只是勘测较小的区域，但以更高分辨率和更大波长覆盖范📢探测，两者的重叠结果可用于互’检查系统误差。　　这类巡天望🎍镜最终能否揭开暗物质和暗能量面纱？英国兰卡斯特大学天体物🏧学教授、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的🦡初印象”照片，但科学家还要等数年时间，才能拿到海量的数据宣布一些新成果。　　《中国新🧭周刊》2023年第25期　　声明：刊用《中国新闻周刊》稿件经书面授权【编辑:孙静波】

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