北京时间7月1日,欧洲新一代巡天望远镜“欧几里得”(Euclid)搭乘美国SpaceX公司猎鹰9号火箭进入太空,即将展开对100多亿年前宇宙的深度巡天,目标直指暗物质与暗能量。欧几里得望远镜,由欧洲航天局(ESA)和欧几里得联盟(EC)共同研发,长约4.5米,宽约3.1米,望远镜口径1.2米,焦距24.5米。其探测范围覆盖可见光到近红外波段,可见光分辨率为0.1角秒,近红外分辨率为0.3角秒。
欧几里得任务的计划是扫描1/3天区,拍摄数十亿个河外星系,通过观察它们的形状、测量它们与地球之间的距离,从而精确测定哈勃常数,并据此来了解暗能量和暗物质的组成。
暗物质和暗能量是宇宙学最大谜题之一,被誉为当代天文学的“两片乌云”。之所以称其为“暗”,不仅仅因为看不见摸不着,更是因为我们对它们不了解。
1933年,美籍瑞士裔天文学家弗里茨·兹威基(Fritz Zwicky)注意到,后发星系团中的成员星系以极快的速度运动,大大超过了牛顿力学的预测。在估算了星系团的尺度和质量后,他得出结论:后发星系团中暗物质的数量比发光物质多得多。1970年,维拉·鲁宾(Vera Rubin)和肯特·福特(Kent Ford)发现仙女座星系外围的旋转速度非常高,并不像人们想象的那样随着星系中心距离增加而减慢。
他们猜测,有不少于星系质量的未被探测到的物质提供了额外的引力,才能使这些星系和星系团避免因高速旋转而分崩离析。
欧几里得望远镜将通过观测红移值z=2的星系来探索宇宙膨胀和宇宙结构形成的历史,相当于坐上时空穿梭机,回望100亿年前的宇宙。宇宙学红移当一个光源远离我们时,它发出的光的波长会变长,频率会降低,这就是红移。在宇宙学中,红移通常用来测量远离我们的星系或遥远天体的速度。
根据宇宙学原理,我们观察到的红移是由于宇宙本身的膨胀,而不是天体在空间中的物理运动。因此,红移提供了一种测量宇宙膨胀速度的方法,也可以用来推断宇宙的年龄和大小。
欧几里得望远镜将扫描整个天空1/3以上的区域,并绘制多达20亿个星系的3D分布图。欧几里得望远镜的主要科学载荷是2台相机,这些大幅面相机将用于表现星系的形态、光度和光谱特性,拥有极高的成像精度。
可见光波段相机VIS——工作在530–920纳米,由6×6个CCD组成,包含有6亿个像素,可以测量出星系的变形。近红外相机NISP——由4×4个红外探测器拼接而成,总共有6500万个像素,主要对920–2020纳米比较敏感。它提供多色滤光片和光谱仪,可以对超过10亿个星系的进行光度法低分辨率的测量,对数百万个星系进行高精度光谱红移测定。
欧几里得望远镜已经顺利升空,还需要大约1个月才能抵达150万千米以外的L2点,之后还要经过几个月的测试、检验与校准,才能真正投入为期6年的巡天观测。而海量的观测数据也将经过几年极为复杂的处理和分析,最后把成果呈现在我们面前恐怕至少要10年以后了。或许欧几里得望远镜不会像詹姆斯·韦布望远镜那样带给我们炫酷的美图,但我们有理由相信,它的宇宙全景照将更加震撼我们的心灵。